Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей под ред. Хронина Д. В. (1014169), страница 31

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 31)

Так, у двигателя с я„'х = 15, 25 и 35 температура воздуха за компрессором соответственно составляет Т;ы625, 815 и 900 К(при Н =О, Т= 293 К). Помимо конструкторских разработок по совершенствованию аэродинамики проточной части и рационального использования повышения жаростойкости и жаропрочности материалов конструктору и технологу приходится постоянно совершенствовать системы воздушного охлаждения сопловых и рабочих лопаток, дисков и других деталей турбин, работать над обеспечением равномерности температурного поля перед газовой турбиной, статической и динамической прочности и снижением массы турбины.

Так, например, минимальная толщина стенок лопаток должна составлять 6 = 0,8 ... ! мм, минимальный диаметр внутренних каналов б ж 0,6 мм и штырьков ![ см 1,2 мм, минимальное значение радиусов перехода г „= 0,5 ... 0,8 мм. 4.3.2. Конструктивно-схемные решения охлаждаемых рабочих лопаток Наиболее простыми конструктивно-схемными решениями при конвективном способе охлаждения являются канальные системы, различающиеся как числом каналов, так и их формами, а также направлением движения охлаждающего воздуха (радиальным и петлевым). В качестве примера на рис. 4.23 показаны конструктивные схемы охлаждаемых рабочих лопаток ГТД фирмы «Роллс-Ройсз н уровни охлаждения (снижения температуры материала) как по высоте лопатки, так и по длине их хорды в корневом сечении [31 [.

При конструктивно-канальной схеме с радиальным (рис. 4.23, а) и петлевым движением воздуха (рис. 4.23, б) имеет место значительная разница температур охлаждения, а следовательно, и материала лопатки. Наибольшее снижение температуры материала в сечениях, близких к корневому, рационально, так как обеспечивает повышение запаса прочности в наиболее нагруженных сечениях и меньшее снижение температуры материала лопатки в сечениях, близких к вершине, что принципиально допустимо (см. подразд.

5.1.5, 5.1.6). При петлевом течении охлаждающий воздух (рис. 4.23, б) подается в два канала, расположенных у входной и выходной кромок профиля, через отверстия в удлиненном хвостовике со стороны корыта. Далее воздух попадает в средний канал, по которому он движется в противоположном направлении и выходит через отверстие с другой стороны хвостовика. При этом можно ожидать меньшей разницы температур в середине сечения и у кромок, так как охлаждающий воздух входит в средний канал уже несколько подогретым. Однако, как видно из графиков, снижается и уровень охлаждения.

Поддержание более высокого уровня охлаждения потребует подачи большего количества воздуха 6„„, что нежелательно. шз /л= мп 4хс 75 ой 2з~ пп от ьк ° 25 Ь й м и ПП /Я "2П 275 Пппбплз плламуепаа, 'г ж /п5 ," пп фй 55 йз и ,З 55 хп//пп пппап/аа и =гл/Ь Г,з„, -775/7 гпл тб1' Рбу /пгге! /пп пр з а 55 //П /б5 ппппелз аллам/галла,.г Л/ 55— и -55 гнд Лп//Па лппазгла бб = /Е уа гг Рнс. 4.23. Конструктивные схемы охлаждаемых рабочих лопаток и уровень охлаждения (снижение нагрева) по вьюоте лопатки н длине хорды пера в корневом сечении: а — лопатка первой ступени ТРДД «Спейз с прамоточиой схемой движения воздуха; б — лопатка ступени вмсокого давлении ТРДД «Конузй с истлевай схемой движения воздуха Различная температура материала Т в сечениях как по длине хорды„так и по высоте лопатки ведет к появлению термических (температурных) напряжений. Их величина возрастает с ростом АТн.

Несмотря на это переход от неохлаждаемых лопаток к охлаждаемым позволил в свое время фирме «Роллс-ройс» резко повысить ресурс работы рабочих лопаток с 2000 до /000 ч на ТВД «Тайн», до 15 000 ч на ТРДД «Конуэй» (рис. 4.23. б) и до 1О 000 ч на ТРДД «Спей» (рис. 4.23, а) при температуре газа перед турбиной Т; = !240, 1323 и 1313 К соответственно.

На примере сечений (рис. 4.24) показано разнообразие форм каналов, направлений движения воздуха по ним, раздельного подвода воздуха с различными давлением и температурой при разных способах охлаждения и ряд данных по ЛТл в сечениях рабочих лопаток высокотемпературных турбин. Температура материала рабочей лопатки н разброс температур соседних лопаток может быть измерен оптическим пирометром, лучи которого сфокусированы на каком-либо радиусе, как это 164 // /и,/ 7725 /б / ПП557 Рис.

4.24. Формы каналов, направление движения охлаждающего воздуха н уровни температур Т в сечениях рабочих лопаток: а — 7' = !»7» К; б — 7, '- !ЕОО К; з — Гг - !бай К! з — Гг отсутствуют г В направление дзнз сная воздуха от кзостовнка, + то же к квостовику показано, например, на рис. 4.25. При вращении ротора замеряется температура на данном радиусе по длине хорды в сечении, например А — А. Анализ циклограммы позволяет конструктору сделать выводы для дальнейшей работы по усовершенствованию системы внутреннего охлаждения в лопатках с целью снижения ЬТп в сечениях. Однополостная рабочая лопатка 2 первой ступени РВД ТРДД, имеющая внутренний канал, повторяющий внешнее очертание профиля пера, показана на рис. 4.26.

/7 -/7 Х, С ( Д/ЗЛПППП/ПП! Рис. 4.26. Замер температуры материала в сечениях рабочих лопаток 1, 2, ..., и с помощью оптичесиого пиромстра 166 Рис. 4.26. Рабочая лопатка первой ступени ТРДД ДЗО. КУ Рис. 4.27. Рабочаи лопатка второй ступени ТРДД ДЗО-КУ Для увеличения коэффициента теплоотдачи от стенки в охла'ждающий воздух в канале в шахматном порядке расположены отлитые за одно целое со стенками цилиндрические перемычки 3— интенсификаторы охлаждения, обеспечивающие значительную турбулизацию протекающего воздуха. Кроме того, имеется ряд удлиненных перемычек 4 для направления потока охлаждающего воздуха к входной и выходной кромкам пера.

Подвод воздуха осуществляется из продольного паза пластинчатой коитровки 6 по трем каналам 6, образованным 166 в корневой части при отливке лопатки. Перед входом в паз воздух проходит через отверстие 7 в цилиндрическом выступе контровки, которым она удерживается и удерживает лопатку 2 от смещения в пазу диска 3. Отверстие 7 является одновременно жиклером в разветвленной системе подвода воздуха к лопаткам.

Ог смещения влево лопатки удерживаются вращающимся дефлектором диска турбины 9. Пройдя внутреннюю полость лопатки, воздух вытекает в зазор 1 между периферийным торцем лопатки и корпусом. Такое конструктивное решение, достаточно простое и технологичное, целесообразно для лопаток, длина которых мала и толщина профиля ограничена. Рабочие охлаждаемые лопатки 2 второй ступени РВД ТРДД (рис.

4.27) выполнены литьем. Для прохода охлаждающего воздуха в них имеется шесть продольных каналов 3 круглого сечения, проходящих через ножку, перо и бандажную полку. Охлаждающий воздух через отверстия 6 в диске 7 и контровке 5, которая удерживает лопатки от смещения в обе стороны, поступает в поперечный паз 4, выполненный в контровке 6, и, растекаясь в обе стороны от середины, попадает в продольные каналы 3. Проходя вдоль всей высоты лопатки, воздух вытекает в кольцевые полости 1, образованные на бандажных полках гребешками лабиринтного уплогненчя. При этом охлаждающий воздух препятствует протеканию газа через уплотнения и обеспечивает некоторое охлаждение полок образованного ими кольцевого бандажа.

Зигзагообразные боковые поверхности полок, по которым при постановке в диск осуществляется натяг, обеспечивают снижение вибронапряжений. Такое конструктивное решение обосновано хорошей технологичностью и достаточным уровнем снижения температуры материала лопатки при заданной температуре газа перед второй ступенью Т'„е и приемлемых параметрах охлаждающего воздуха Т,"иа аоки ° Для повышения жаростойкости перо и поверхности полок, находящиеся в проточной части, алитированы.

На рис. 4.28 показана рабочая лопатка первой ступени трехступенчатого ротора ТВД. Внутренняя полость тонкостенного пера лопатки разделена на три канала 1, 2 и 3 продольными перемычками 6 (см. рис. 4.28, а). В центральном канале 2 и канале 3 у задней кромки выполнены цилиндрические интенсификаторы теплоотдачи 4 для более интенсивной передачи тепла от стенки в охлаждающий воздух. Конструкция лопатки дает возможность подачи через отверстия 6 из полости 8, образуемой диском 9 и вращающимся дефлектором диска 9, дозированного количества воздуха в каждый канал (рис. 4.28, 6), обеспечивая наибольший эффект при принятом значении б,„а. Выпуск воздуха осуществ- 167 Рис.

4.28. Рабочая лопатка первой ступени одновального ТВД ТРЕ-331-3 фирмы «Гвррнтт.Эрисерчз: а — охлаждаемая лопатка; б — схема по. дачи охлаждающего воадухн под вращаю. щейся дефлектор диска я его дальнейшего движения до выхода в радиальных зазор Рис. 4.29. Пара охлаисдаемых рабочих лопаток ТРДД СГб-б, устаиавли. ваемых в один паа диска логии изготовления получили канальную конструкцию, в которой охлаждение осуществляется воздухом, протекающим от хвостовика к бандажной полке с выходом в радиальный зазор. Форма каналов и их расположение показаны на рис.

4.23, а, В процессе модификаций использовалась литая лопатка, охлаждаемая по канальной схеме с полупетлевым движением воздуха с натеканием его на переднюю кромку и выходом через заднюю (рис. 4.30, а), Охлаждаемая рабочая лопатка второй ступени турбины ТРДД 3Т90-7 126) выполнена литьем из жаропрочного никелевого сплава с трехканальным вводом охлаждающего воздуха (рис. 4.30, б).

Характеристики

Список файлов книги