Газодинамика охлаждаемых турбин. Венедиктов В.Д. (1014153), страница 3
Текст из файла (страница 3)
ния прямой звлвчи о двухмерном н трехмерном течениях идеального газа в трвнсзвуковой решетке, основанные на применении процесса установления ло времени. При этом стационарная картина течения получается как асимлтотическнй предел по времени решения системы уравнений, описывающих нестацнонарное течение. При решении задачи определяется детальная картина течения со скачками уплотнения (которые проявляются как зоны резкого изменения параметров) беэ их предварн. тельного вьщеления. Значение численных методов в практической гвзодинвмнке трудно переоценить. Использование мощных ЗБМ н современных методов и ал.
горитмов позволит в предстоящие годы проводить полные пространственные расчеты внутренней газодинамики как турбины, твк и двигателя в целом. Тем не менее, фундаментальная роль экспериментальных исследований останется определяющей, как и в настоящее время.
Лействительно, после численного анализ» вариантов и выбора оптимальной конструкции (или ее элемента) требуется обязательная проверка их прогноэируемых свойств в модельных или натурных условиях. Поэтому только разумное сочетание численных н 3кспернментальных методов исследования может обеспечить наиболее.Значительный успех и в области газодинамических проблем высокотемпературных охлаждаемых газовых турбин. Повышение КПЛ охлаждаемой турбины является сложном комплекс. ной проблемой, для решения которой необходимо вести разработки в следующих нвправлениях1 совершенствование проточной части, оптимизация трансзвуковых решеток с учетом конструктивных ограничений и режима работы; разработка рациональных методов пространственного профилирования палаточных аппаратов (с целью уменьшения вторичных потерь и гвзодинвмического согласования рабочего колеса и соллового аппарата); совершенствование схем охлаждения и способов выпуска воздуха в проточную часть (направленное на уменьшение расхода охлаждающего воздуха, его располагаемой энергии и дополнительных потерь в зоне выпуска); уменьшение утечек воздуха (путем уплотнения системы охлажде.
ния, применения блочной конструкции солловых аппаратов и др.), а также отключение системы охлаждения на пониженных режимах; разработка конструктивных и технологических мероприятий, направленных на повышение эффективности ступени (регулирование радиальных зазоров, нанесение теплозащитных покрытий на лопаточные аппараты и др.). Рассмотрим газодинамическне аспекты проблемы разработки высоко,эффективной охлаждаемой газовой турбины, Остановимся в первую очередь нв способах оценки ее гвзодннвмической эффективности. ГЛАВА 1 ОЦЕНКА ГАЗОЛИНАМИеГБСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОХЛАЖЛАБМЫХ ТУРБИН И РИИБТОК 1.1. ОхлвлсдалмыВ турвущы Основные определения. Газодннамическая эффективность охлаждаемой турбины наиболее полно характеризуется эффективным мошнастным КПЛ и эффективным КПЛ ло параметрам заторможенного потока Нт ч ф с,нк +Есин (1,1) т.еа 1 е1 а.мх т,и„.тт„в „ (1.2) где Нт — мощность турбины; 6, — расход газа, проходящего через камеру сгорайия и первый сопловый айпарат турбины (основной поток); 6 - расход охлаждающего воздуха в с м подводе к турбине; Н„Н „„Ц Н,,- располагвемые энергии основного потока и охлаждаюощего воздуха, подсчитанные ло нх параметрам перед турбиной н соответственно среднему статическому ра или полному р1 давлениям выровнявшего.
ся потока за турбиной, т. е, ст Г 2-11 2 Р' рмт тт 1 и„'ш= с,„ум 1- ~ — „— ~ р 1 (ГЗ) * 2-1 т. При наличии перфорации нлн щелей для выпуска воздуха (отбирае. мого за компрессором) на входной части сопловых лопаток в качестве расхода и начальной температуры газа для однозначности будем принимать их осредненные значения в горловом сечении соллового аппарата * Антант тааодинемнчтских особенностей охпмхлаеммх турбин будем проводить, как праанио, не примере одноступенчатоэ турбинм. 1а* ч".- ан г г.ад 1а б,„г г'-' — ' »г га ад ! а ь;„ с„~са+6 -а 4 ч, к,ц,! (1.5) * а а б„=й.
б„, (1.б) И где 6 „- расход воздуха, выпускаемого до горлового сечения соплового аппарата. Эффективные КПД охлаждаемой турбины Ч,е н ц, зависят от: а) газодинамического совершенства проточной части турбины (т. е, от ее геометрических, газодинамических и кинематических параметров); б) „внешних" параметров системы охлаждения (т. е. размеров, формы и расположения отверстий нли щелей для выпуска охлаждающего воз.
духа, его расхода, температуры и скорости выпуска); в) совершенства „внутренних" параметров системы охлаждения (которое можно характеризовать, в частности, величиной гидравлического сопротивления охлаждающих каналов), Таким образом, эффективные КПД учитывают совершенство как проточной части турбины, так и снстемы охлаждения, т. е. наиболее полно характеризуют газодииамическое совершенство охлаждаемой турбины, При отборе воздуха на охлаждение только из-эа компрессора (р,а * р,р) располагаемая энергия, подведенная к охлаждаемои турбине и входящая в знаменатель выражений (1.1) и (1.2), с достаточной степенью точности равна располагаемой энергии смеси газа и охлаждающего воздуха при их смешении перед турбиной.
Например, для располагаемых энергий по заторможенным параметрам с„н, + с, и„\с, + с,) н,„,„, Таким обрезом, эффективные КПД 1)ар и 1),ь аналогичны обычным КДД Ч, и г1, эквивалентной иеохлаждаемои турбины, работающей на смеси газа и охлаждающего воздуха. Вследствие дополнительных термодинамнческих и газодинамнческях потерь в проточной части и в системе охлаждениями, Са),ил, С Ч,'.
Эффективные КПД охлаждаемой турбины (1.1) и (1.2) можно представить в виде где а)„и 1)„— первичные КПД - мошностной н по параметрам затормо. жеиного потока, определяемые по формулам Нг и„-— »»„М„„ где (с „и й „вЂ” коэффициенты располагаемой энергии основного (первич- ного) потока, подсчитанные по статическому или полному давяению смеси за турбиной (характеризуют долю располагаемой энергии.основ. ного потока от всей энергии, подведенной к турбние), т. е, ~г Лгад 1 (1.9) »а, г,г,, г еа ! г.ад ц„л, ! (1.!0) г.»Д И в.адГ аг Ла г.ад Особениостзэ применения эффективных и первичных КПД. Первичные КПд ц„или ц» зависят в основном от газодинамических и кинематиче- ских параметров ступени и „внешних" параметров системы охлаждения. Эффективные КПД 11, или 1), зависят дополнительно от „внутренних" параметров системы охлаждения, в частности, от ее гидравлического сопРотивлениа (опРеделЯющего величинУ и„д 1).
При проведении модельных экспериментальных исследований охлаждаемых ступеней выдержать одновременно подобие газодинамиче- ских процессов в проточной части и теплогидравлическнх процессов в системе охлаждения практически невозможно (см. раэд, 4.!). Поэтому при газодинамическом исследовании охлаждаемых турбин стараапся выдержать подобие процессов только в проточной части. Очевидно, если выполняются условия подобия для основных потоков (заключающиеся, как известно, помимо геометрического подобия ступеней, в равенстве чисел —; йй Пе; — ".; х и т. д,), а также подобие процессов вэаимоСг.ад действия основного потока с выпускаемым воздухом (что помимо гео- метрического подобия выпускных отверстий обеспечивается равенством относительных величин „внешних'* параметров системы охлаждения, в основном 6, и са), то значения первичных КПД в модели и в натуре будут одинаковыми. При этом внутреннее сопротивление системы охлаждения в модели и натуре может быть различным.
Более того, при проведении модельнмх газодинамических испмтаиий конструкция системм охлаждения часто выполняется упрощенной, предназначенной, по существу, лишь для под- вода и выпуска воздуха в проточную часть. Поэтому отношения Н,„/Од, и, следовательно, эффективнме КПД ступени Л„! н Ч', в модели могут значительно отличаться от их натурных значений. Из сказанного следует, что обработку н обобщение эксперименталь.
ных данных при газодинамнческом исследовании охлаждаемых турбин наиболее целесообразно проводить по величине первичного КПд п„или 11'„. Это позволяет отказаться от соблюдения условий теплогидравличе- !3 ского подобия для системы охлаждения, что значительно упрощает проведение эксперимента.
Задачу создания н отработки метода расчета эффективного КПД охлаждаемой турбины можно разбить на две более простых н независи. мых друг от друга: 1. Исследование внутренней гидравлики системы охлаждения с учетом тепловых потоков, вращения н конструктивных особенностей охлаждаюппрх каналов и создание методики теплогидравлнческого расчета системы охлаждения, позволяющей, например, прн заданных начальных параметрах охлаждающего воздуха определить его расход через конкретную систему охлаждения и параметры на выходе нэ щелей или отверстий. 2. Исследование газодинамики проточной части охлаждаемой турбины с учетом совершенства проточной части, расходов, скорости н способов выпуска воздуха в проточную часть, н создание методики расчета первичного КПД охлаждаемой турбины р! „или !!'„. Первая задача тесно связана с разработкой системы охлаждения турбины; в той нли иной степени она затрагивается (а частично н решается) и ряде работ, посвященных проблеме охлаждения турбины и ее элементов.
Вторая задача представляет собой наименее изученную н вместе с тем наиболее важную часть газодниамического исследования охлаждаеыых турбин. Поэтому н настоящей книге основное внимание уделяется второй нз укаэанных задач — созданию методики расчета первичных КПД охлаждаемой турбины !) „н й„на основании известных ее конструктивных н газодинамических параметров н „внешних" параметров системы охлаждения. Зная первичные КПД турбины н оценив, например, нз эксперимента нли на основе результатов проектирования системы охлаждения раслолагаемую энергию охлаждающего воздуха, легко можно определить и эффективные КПД охлаждаемой турбины по соотношениям (1.5) илн (1,6).
Первичные КПД характеризуют мощность турбины, отнесенную к располагаемой энергии только основного потока, проходящего через горловое сечение первого соплового аппарата, Поэтому нх значения заметно выше„чем р),е и !1',е. Первичные КДД являются лип!ь составной частью эффективных КПД, поэтому онн не могут в общем случае использоваться для сопоставления охлаждаемых турбин по эффективности. Такое сопоставление должно производиться только по эффективным КПД р4е или б',е. Величину й„или х '„можно рассматривать как параметр, характеризующий энергетические затраты на систему охлаждения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
