Газодинамика охлаждаемых турбин. Венедиктов В.Д. (1014153), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Это объясняется тем, что при подтекании воздуха с закруткой, по-видиыому, соответственно изменяются н дополнительные потери: при положительной закрутке потери уменьшаются, при отрицательной— возрастают. При подтекании охлаждающего воздуха в осевом зазоре ступени на периферийном диаметре, как уже отмечалось, из-за повышенной конфуэорности межлопаточных каналов рабочего колеса увеличение потерь и снижение коэффициента скорости ф относительно невелики.
Кроме того, при этом несколько уменьшаются потери в радиальном зазоре над рабочим колесом из-за частичного заполнения зазора воздухом. Поэтому влиянием такого выпуска на КПД ступени в первом приблшкенин можно пренебречь. При обдуве задней стороны диска и выпуске воздуха в проточную часть дополнительные потери смешения малы вследствие низких скоростей потока за ступенью, особенно при осевом выходе из ступени. Характер течения газа и уровень потерь в рабочем колесе, степень реактивности при этом практически не изменяются. Поэтому снижение КПД возможно лишь вследствие затраты мощности на закрутку воздуха диском. Экспериментальное исследование, проведенное на турбннах ! и 1а при величине зазора 62 -1,5 мм (см. рнс.
9.8) показало, что снижение КПД ступени лри отсутствии начальной закрутки воздуха можно оценить по формуле (9.41) бт)д и -1сд 26, — ! -— где !си 0,5...0,6 — экспериментальный коэффициент (учитывает степень закрутки воздуха диском). В заключение отметим, что экспериментальные исследования на тур. бине подтверждают справедливость результатов, полученных при газо- динамическом исследовании охлаждаемых решеток.
В реальных усло- 20! виях охлаждение рабочего колеса, как правило, приводит к 05льшим потерям, чем охлаждение соплового аппарата. Применение спутной закрут. кн воздуха на входе в ротор уменьшает потери, связанные с его охлаждением. При выпуске охлаждающего воздуха в открытый радиальный зазор иэ рабочих лопаток обычные утечки газа уменьшаются, что может в значительной степени компенсировать затраты мощности иа закрутку воздуха ротором до окружной скорости и„.
Прн этом в зависимости от параметров ступени первичный КПД может как уменьшаться, так и увеличиваться. В ступени с обандаженными рабочими лопаткамн целесоообразно вы. пускать воздух перед лабириитнымн гребешкамн (в осевой зазор ступени). Однако это требует повышенного уровня давления воздуха у подошвы замка лопаток, что может привести к увеличению его утечек в проточную часть и дополнительным потерям. Прн подтекэннн воздуха в осевой зазор ступени на внутреннем диаметре возннкают значительные потери, приводящие к снижению первичного КПД на величину Ьй„-яа6,. Отрыва потока у втулки при этом в ступенях с гладкой цилиндрической проточной частью может и не возникать.
Прн попадании воздуха в осевой зазор на наружном диаметре (в том числе прн обдуве бандажных полок нли вставок над беэбандажнымн рабочими лопаткамн) происходит частичное заполнение радиального зазора воздухом, поэтому изменением первичного КПД в первом приближении можно пренебречь. кт.
глэодниамнч1ижий гасчвт ОхиаждАБмОЙ 'пчФийы Газодннамическнй расчет охлаждаемой турбины проводится на основании результатов предварительного проектирования двигателя после выбора его схемы, уровня основных параметров, в том числе Т,в р,'и потребных работ и частот вращения по каскадам н т.д. Прн проектировании двигателя заданной мощности обычно температуру газа перед турбиной Т~ выбирают максимально возможной на существующем уровне газодинамических, конструктивных н технологических достижений, а также методов охлаждения.
Конечно„в дальнейшем прн доводке двигателя по параметрам после использования всех других (конструктивных н технологических) возможностей для обеспечения заданной мощности двигателя может потребоваться некоторое изменение Т,'„Однако на всех этапах проектирования двигателя температуру гаээ перед турбиной Т~ будем считать заданной. В наиболее тяжелых условиях ло уровню средней, а также максимаиьной температуры газа (иэ-за повышенной неоднородности температурного поля эа камерой сгорания) работает первая ступень, поэтому в процессе проектирования высокотемпературного двигателя ей уделяется особое внимание. На ранней стадии проектирования относительные расходы охлаждающего воздуха на конвекгивное н заградительное (пле- ночное) охлажде ',ше нарвой ступени можно оцени~ь на основании следую х Ориент рова ей (9.42) 6 =!г„47Г!М0 ! (9.43) где й„= 0,0025...0,003 н к 0,004...0,0043 — экспериментальные коэффициенты.
Формулы отражакп тот факт, что конвективное охлаждение сопловых аппаратов, как правило, вводятся прн Т,э > 1200К; пленочное охлаж ение п и 2 > 1400„.!450К. Отметим, что конвективное охлаждеияе Рабочих лопаток вводнтсЯ пРи Тю > 1300К, пленочное — пРи Т,э ' >!550К. При детальном анализе системы охлаждения широко используются зависимости вида 6„г(0), где 0 '(Тл- Ть) (Т,ь- Т;в)- глубина охлаждения.
На начальной стадии проектирования оценку располагаемого тепло- перепада в турбине для обеспечения потребной мощности Ж, на привод компрессора можно сделать на основании ориентировочного значения ее эффективного КПД 0,~. В пеРвом пРиближении значение Ц,э можно оце. нить по формуле 4 Ч„'р= Ч„,„„- а„6,„- а„6 „, где 0„„„— КПД неохлаждаемой турбины аналогичной размерности н гаэодййчьшческой нагруженности„а„— коэффициент влияния конвектнвного охлаждения, учитывающий ухудшение проточной части, а также затраты энергии, связанные с коллективным охлажденяем; а„- коэффициент влияния, учнтывшещнй затраты энергии, связанные с пленочным охлаждением элементов проточной части турбины.
Дп» ориентировочных оценок можно принимать 04+ ~~, Тв с „Тю Значение коэффициента а, можно принимать равным а„= 0,25; 0,5;! соответственно при пленочном охлаждении сопловых лопаток, рабочих лопаток, торцевых поверхностей межлопаточных каналов. Из выражений для эффективного КИД (1,0), (1.$) н (1. 10) с учетом соот. ношения(!З) для И„' получим где 6, и Т,э — расход н температура рабочего тела в горловом сечении первого сойлового аппарата. Пля воздуха, отбираемого за компрессором, н в случае произвольных параметров охлаждающего воздуха соответсг венно и срв гдь .,* а ас г.*я рг гт с га -! ,...
-( —;:.)- г.ад 1 ( Расчеты турбины на этапе предварительного проектирования ведутся по упрощенной методике без учета реальных конструктивных особенностей лопаточных аппаратов и детального распределения охлаждающего воздуха по венцам, например, ло изложенной в [1). При этом уровень коэффициентов скорости Р и ф выбирается на 0,015...0,02 ниже, чем в аналогичной неохлаждаемой ступени.
На этом этапе выбирается схема турбины, число ступеней, распределение располагаемых теплопсрепадов и степени реактивности по ступеням. Частота вршцелия ротора окончательно устанавливается в результате согласования с характеристиками компрессора при рассмотрении ряда вариантов двигателя. На основании конструктивных проработок выбирается форма проточной части турбины, в том числе средние диаметры лопаточных аппаратов, высота и ширине лопаток и др. Проводится приближенный расчет по среднему диаметру и уточняются газодинамическне параметры ступени, в том числе уровень окружных скоростей, уровень приведенных скоростей эа лопаточными аппара.
тами. Выбиржтся закон профилирования их по высоте проточной части, оцениваются газодннамнческие параметры на периферии проточной части н у втулки. Оценивается уровень температуры газа по венцам и выбирается схема охлаждения турбины в целом и каждого лопаточного аппарата. Проводится предварительная оценка системы охлаждения, потребных рас. ходов охлаждающего воздуха, а также способов выпуска его в проточ. ную часть. Проводится предварительное проектирование сопловых и рабочих решеток с учетом конструктивных и других ограничений, оценивается уровень потерь и коэффициентов скорости Р и ф в охлаждаемых решетках. Уточняются способы подвода охлаждающего воздуха к ротору, особенности системы охлаждения.
Проводится новый гаэодинамический расчет н уточняются все гвэодинамическне и конструктивные парамегры. Проводится оптимальное проектирование всех решеток по методикам настоящей работы, а также лопаточных аппаратов в целом с применением методов пространственного расчета н профилирования. Уточня. ются все газодннамнческне характеристики лопаточных аппаратов и про. водится окончательный газодннамическнй расчет охлаждаемой турбины, Основной процедурой гаэодинамического расчета н проектирования охлаждаемой турбины является расчет по среднему диаметру.
Сначала расчет проводится без учета потерь в радиальном зазоре, закрутки потока на входе.в ротор, всякого рода подтеканий. После проведения расчета и оценки значения первичного КПП 0 а в соответствии с формулой (9Л2) можно учесть потери в радиальном зазоре по формуле (9.32), влия. ние закрутки воздуха на входе в ротор (9-!3) и прн выпуске воздуха вне тэь проточной части (9Л4), подтекание воздуха в осевом зазоре у втулки (9.36) н др, учитывая, что экспериментальные данные, на которых базируются методм расчета потерь в проточной части, получены в стшваонар. ных и относительно однородных условиях, необходимо ввести поправку на влияние нестациоиариости и неоднородности потока в реальных уело. виях на двигателе по формуле (9. 26), Если в результате последовательного поступенчатого расчета охлаждаемой турбины с учетом выпусков охлаждающего воздуха и уточненных данных по коэффициентам скорости в лопаточных венцах полученная мощность отличается от заданной, необходимо скорректировать располагаемый теплоперепэд эа счет изменения давления рэ эа турбиной при сохранении начальных параметров газа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
