Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей под ред. Хронина Д. В. (1014169), страница 32
Текст из файла (страница 32)
При этом обеспечивается хорошее охлаждение входной кромки. Выход воздуха осуществляется через щель в выходной кромке. Значительное число н схема расположения цилин- рических штырьков способствуют интенсификации теплообмена др и увеличивают поверхность теплообмена. При этом обеспечиваетс я заданный уровень температуры материала лопатки при тз, „= = 1 % и параметрах газа перед первой ступенью Т'„ж 1550 К.
Необходимость интенсификации охлаждения привела к появлению лопаток с петлевым движением охлаждающего воздуха ляется в радиальный зазор. Такая конструктивная простота и технологичность изготовления возможна при относительно низком уровне температуры газа перед турбиной Т; ы 1250 ... 1300 К. Турбина двухроторного ТРДД СР6-6 двухступенчатая, высокотемпературная, охлаждаемая.
Рабочие лопатки первой ступени литые, установлены в пазах диска попарно (рис. 4.29). Лопатки выполнены с конвективно-пленочным охлаждением в многоканальном варианте с комбинированным движением воздуха (каналы 4— с радиальным, каналы б — с петлевым и 3 — с полупетлевым движением воздуха (см, рис. 4.24, а). Вход воздуха во внутреннюю полость 8 удлиненных хвостовиков осуществляется по четырем каналам 9 одной из лопаток.
В каждую лопатку этот воздух входит через три разного размера отверстия 7, обеспечивая тем самым его количественное распределение, Внутренняя поверхность литых каналов имеет грубо шероховатую поверхность, что способствует лучшей теплоотдаче от стенки в охлаждающий воздух. Отверстия малого диаметра для создания заградительного пленочного охлаждения передней 1 и задней б кромок выполняются электроэрозионным способом. Дополнительный выход воздуха через ряд малых отверстий 2 в крышке лопаток осуществляется в радиальный зазор.
В процессе развития ТРДД семейства т«В-211 английской фирмы «Роллс-Ройс» рабочие лопатки одноступенчатой турбины РВД первоначально были выполнены по типу используемых на ТРДД «Спей» методом штамповки с вытяжкой. При такой техно- 188 Рис. 4.30, Охлаждаемые лопатки многоканальной конструктивной схемы: а — абочая лопатка туобииы РВД ТРДД ПВ-тм; б — рабочая лопатка второ» ступени тРДД тт»0-7; з — рабочая лопатка со смещаииым радиально-поперечиыч движением охлаждающего воздуха Трдд Зт»О 189 Рис.
4.31. Рабочие лопатки турбины РВД ТРДД: а — тядд ки мьаае б — тодд ин 211-Бзае4 (рис. 4.30, в) 136). В первую очередь охлаждающий воздух омывает внутреннюю поверхность входной кромки н уже несколько подогретый движется в противоположном направлении по среднему каналу со штырьковыми интеисификаторами теплообмена, после второго поворота поступает в канал у выходной кромки и выпускается через щель.
Для обеспечения более низкой температуры материала лопаток и, следовательно, большого запаса прочности в сечениях, близких к хвостовику, имеет место дополнительный подвод поступающего к выходной кромке более холодного воздуха. На рнс. 4.31, а показана рабочая лопатка одноступенчатой турбины РВД трехвального ТРДД Лопатка бандажированная, 170 изготовляется литьем с направленной кристаллизацией.
Лопатка с конвективной системой охлаждения имеет разветвленную сеть внутренних каналов как с радиальной, так и с петлевой схемой 3 движения воздуха высокого давления и систему перфорации 5 для выхода воздуха на наружную поверхность и создания заградительного охлаждения, что обеспечивает более равномерное распределение температуры в сечениях лопатки. Охлаждающий воздух подается в лопатку через каналы 1 и 2. При раздвоенной подаче воздуха во входной канал 2 подается воздух с пониженным давлением, а следовательно, и более низкой температурой, что энергетически выгодно вследствие меньших затрат энергии на его поджатие.
Работа по совершенствованию системы охлаждения привела к изменению числа и конфигурации каналов, большому числу интенсификаторов охлаждения в них, особенно в срединной, менее теплонапряженной части пера, но охлаждаемой уже подогретым воздухом (рис. 4.31, б).
Воздух низкого давления движется по петлевой трехканальной системе 4( и попадает (как и ранее, см. рис. 4.31, а) в проточную часть за гребешками 7 лабиринтного уплотнения — в область пониженного давления. Введено теплозащитное покрытие 6 поверхности корыта.
Постоянный рост температуры газа перед турбиной вызывает необходимость совершенствования конструктивных схем организации движения воздуха во внутренней полости охлаждаемых лопаток, например, как показано на рис. 4.32, а следовательно, использования новых технологических приемов осуществления конструкторских решений. Так, в процессе модификаций для ТРДД Р-100 фирма «Пратт-Уитни» (США) разработала составную рабочую лопатку со сложной системой каналов, наличием различных интенсификаторов охлаждения, изготовляемую из двух половин.
Стыковка половин предусмотрена по дуге, с последующим соединением их методом диффузионной пайки с переходной жидкой фазой. Предусматривается изготовление стыкуемых половин в форме с расположенной в ней разделительной вставкой на установке автоматизированного литья — 1 лопатка в 90 секунд. Как видно из рис. 4.20, еще большую, чем при канальном способе охлаждения, эффективность теплосъема можно достичь, Рис. 4.32. Экспериментальная рабочая лопатка фирмы «Пратт-Уитни» 171 Рис. 4.33.
Охлаждаемые литые раооние дефлекторные лопатки: е — конструктивная схема С. К. Тумеисного; б — лопатин первой ступени трдд Отнп-7 используя конструкцию охлаждаемой лопатки со вставным дефлектором, например, как показано на рис. 4.33, а. Такое решение еще в 1947 г, было предложено С. К, Туманским. Дефлектор 7, выполненный из тонкого (-0,5 мм) листового жаропрочного материала, вставляется во внутреннюю полость литой лопатки через паз прямоугольной (или параллелограммиой) формы и удерживается от смещения вдоль лопатки заплечиком В. От перемещений в поперечном направлении дефлектор 7 удерживается упорами 5 (выштамповками точечного или продолговатого типа), что исключает раздельную вибрацию пера лопатки и дефлектора.
Воздух из дефлектора подается на внутреннюю поверхность входной кромки лопатки через систему отверстий 4 или щелей. Для повышения теплосъема на внутренней поверхности входной кромки лопатки выполняют оребрение 2, увеличивающее поверхности теплосъема и турбулизацию охлаждающего воздуха у входной кромки. Протекание воздуха между дефлектором и стенкой лопатки (по зазору) осуществляется с повышенной скоростью, что способствует повышению теплосъема в средней части профиля. Возможйа подпитка в этот зазор через дополнительные отверстия в дефлекторе более холодного воздуха (создание так называемого душевого эффекта) (см.
рис. 4.19, г). 172 Выход воздуха осуществляется через узкие продольные щели или щель 6 по всей длине выходной кромки, внутри которой имеется большое число перемычек 3 (см. рис. 4.33, а) или цилиндрических перемычек — интенсификаторов охлаждения для турбулизации воздуха (см. рис. 4.33, б). При этом улучшается теплосъем. Часть воздуха выпускается в радиальный зазор через отверстия !.
При необходимости возможно дополнительное заградительное охлаждение через многочисленные отверстия малого диаметра (см. рис. 4.29, 4.31). Следует иметь в виду, что при дефлекторном варианте необходимо увеличение ширины хвостовика лопатки и элементов ее соединения с диском, что может привести к требованию уменьшения числа лопаток (по условию размещения их на диске) и связанного с этим увеличения длины хорды (для сохранения параметров ЬЛ и 175, см. рис.
4.2) и !.р „, см. Рис. 4.9. Наличие дефлектора несколько увеличивает массу лопаток и, следовательно, нагрузку от центробежных сил на диск. Сам дефлектор должен иметь переменную толщину стенки и необходимый запас прочности на растяжение. По дефлекторной схеме с выходом воздуха на внутреннюю поверхность входной кромки (с лобовым натеканием) выполнена лопатка первой ступени турбины РВД ТРДД ЗТ9Р-7 (см.
рис. 4.33, б). Поперечное сечение этой лопатки показано иа рис. 4.19, в. Воздух после обтекания контура дефлектора проходит по внутренней полости лопатки к выходной щели через систему интенсифнкаторов охлаждения — цилиндрических перемычек, расположенных в шахматном порядке шести их рядов. Лопатки обеспечивают длительный ресурс работы при б,х, = =- 2,! % н увеличении Т„ "с 1420 до 1560К в процессе модификации двигателя. Наибольший охлаждающий эффект может быть достигнут при пористом нли проникающем охлаждении, когда лопатка (рис. 4.34), например, выполнена из несущего (снлового) стержня 4 н пористой оболочки 2 (оболочковая лопатка).
Несущим стержнем лопатка соединяется с диском. Через внутреннюю полость 5 в замковой части и дозирующне отверстия 3 воздух поступает в продольные каналы 1 его профильной части. Пористая г оболочка выполняется из проникаемого материала с многочисленными микроотверстиями, проходя через которые воздух отбирает ! тепло в результате конвекцни и на поверх- Рис. 4.34. Конструктивная схема лопатки с пористым (проникаеоеиим) охлаждением 173 ности создает изолирующий от непосредственного контакта горячего газа с металлом слой. Как было показано на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
