Копелев С.З. - Охлаждаемые лопатки газовых турбин (1014173), страница 16
Текст из файла (страница 16)
1.2. Количество воздуха, расходуемого на охлаждение сопловой и 70 рабочей лопатОк (6,), предварительно определяется по зависимостям, приведенным в равд. 3.2. После определения температуры лопатки производится поверочный расчет расхода воздуха через внутренние каналы и сравнивается с принятым предварительно. Если разница в количестве воздуха окажется существенной, необходимо полученное значение в поверочном расчете считать исходным для повторного расчета температуры лопатки. Из-за температурной неоднородности в поперечном сечении потока на выходе из камеры сгорания газ, обтекающий рабочие лопатки, имеет температуру торможения, отличающуюся от значения, получаемого в газодинамическом расчете турбины, за исключением двух сечений по длине лопатки. Зто отличие определяется изменением по длине лопатки осредненной на данном радиусе температуры газа.
Его изменение характеризуется радиальной степенью неравномерности т (Т„'— Т„')~(Т„'— Т,*„), (3.9) где Т„*— осредненная на данном радиусе температура газа. Радиальная степень неравномерности существенно меньше максимальной. Обычно т„= 0 05 — 007 и на выходе из высокотемпературных камер сгорания с высокой теплонапряженностью может достигать 0,1. Распределение по радиусу абсолютного значения температуры газа характеризуется радиальной эпюрой или радиальным профилем температур. Оптимальное по условиям прочности рабочей лопатки распределение температура газа по ее длине для каждой конкретной лопатки зависит от характера распределения напряжений и интенсивности охлаждения по длине лопатки, которые, в свою очередь, определяются конструктивной схемой охлаждаемой лопатки.
У охлаждаемых лопаток бесполочной конструкции максимум радиальной эпюры температуры газа располагают обычно в верхней части лопатки. На рис. 3.6 показано распределение радиальной степени неравномерности т, по длине лопатки, принятое в примере расчета температуры лопатки, приведенном ниже. Здесь на 20 н 90% длины лопатки температура газа равна среднемассовой. Отличие температуры газа, обтекающего рабочие лопатки, от полученной в газодинамическом расчете турбины происходит еще и из-за того, что воздух, охлаждая лопатки соплового аппарата, а затем смешиваясь с газом, понижает его температуру. При равенстве теплоемкостей воздуха и газа можно написать Т,„=(Т„+ 6...Т, „) Я1+ 6„,,), а в относительном движении 1Т)в)см Там й71%Тса~1г~ (3.
10) где 7ХТ„г — — Т„'— Т„*р., 6„,,=6„,,16, Здесь Т,"р, — температура заторможенного потока газа в относительном движении, полу- 71 л;М Рис. 3.6. Радиальная впюра температуры газа на входе в турбину ГУ К /7+8', Ф чаемая в газодинамическом расчете турбины; б...— секундный расход воздуха на охлаждение сопловых лопаток; б, — секундный расход газа через решетку сопловых лопаток.
Отличие (Т,"в),„от Т,"тя при прочих равных условиях будет тем большее, чем больше затрачивается воздуха на охлаждение лопаток соплового аппарата. Для сопловых лопаток конвективнозаградительиого охлаждения, у которых 6...)0,04, оно может достигать нескольких десятков градусов.
Таким образом, температура газа, поступающего на рабочие лопатки в 1-м сечении по их длине Т = (Т, ),„+' Ат,„р (3.1 1) где ЬТ.в.=т„(Тесам — Т„"). 3.4. Пример расчета температуры охлаждаемых лопаток турбины Определим температуру лопаток соплового аппарата (СА) и рабочего колеса (РК) 1 ступени турбины. Охлаждаемые лопатки поперечной схемы имеют внутри дефлектор и оребренную поверхность. Их геометрические характеристики в среднем по длине сече' ния представлены в табл.
2. Принятые в ней обозначения поясняются рис. 2.4. Исходные данные, необходимые для определения температуры лопаток, получаемые из газодинамического расчета двигателя и турбины, приведены в табл. 3, последовательность расчета — в табл. 4, а полученные результаты — в табл. 5. Если величина температуры лопатки или разница между температурой отдельных участков профиля окажутся большими, чем можно допустить, то изменяют форму или размеры внутренних каналов, вводят частичную перфорацию дефлектора и др.
(см. гл. 1) н повторяют расчет. Так, в 1-м варианте расчета величина температуры сопловой ло- патки на срединном, механически наиболее напряженном участке Таблица 2 Параметр Обозначение СА РК Гидравлический диаметр, м Площадь на входе в лопаточную решетку, мз Площадь отверстий в дефлекторе, мв Гидравлический диаметр отверстий в дефлехторе, м Поверхность подвода тепла, мз Харантерный размер оребрения, м Приведенный наружный радиус, и Приведенный внутренний радиус, и Приведенный радиус оребрений,,ы Ширина ребра, м Шаг ребер, м Характерный размер профиля (хорда), м Площадь минимааьных сечений межлопаточных каналов решетки профилей, мз Площадь охлаждающих кана лов, мз Гидравлический диаметр, и Поверхность подвода тепла, мз Толщина стенки, и Ширина ребра, и Шаг ребер, и Ширина щели, м Гидравлический диаметр, и Относительная длина Площадь щелей, м Ширина щели, м Толщина стенки, и Поверхность подвода тепла Конструктивный угол входа, град Конструктивный угол выхода, град Высота профильной части лопатки, м Чисар лопаток, шт.
5 10-з 0,0766 3.10- О, 0654 ге! 0,245 10 0,793 1О а в1 0,3420-10-1 0,138.10 1!в! бр в! 0 374„10-в 0,13 1О 0,474 10 0,22 10 м вне! гвнв! гзнв! 0,255 !О-з 1,54 1О 0.00!50 0,293 10 1,7 !О 0,0!65 0,5 10 0,2.10 0,0253 0,5.10-з 0,2.10-в 0,0523 Л1 1 "ц ч гц 0,0408 0,0241 0,312 10 0 345.10-а 0,5 1О 0,2021 10 з ! 10 0,5 1О-з 0,! АЙ !0 0,5 10 0 56.10-з 5,5 0 66 10-з 0,41 ° 10 0,8 10"з 0,5 1О 0,1 АЙ !0 0,5 1О 0,79.10 9,5 бвц У нц ац йп с1! в!ц 1ц! /1(вц! з'вц1 с!ц 5рц зг вц! Р (~д 0,15! 1О 0,56 10 з 0,35 1О 0,63 10 45 0,173 10 0,79 10 0,3 1О 0 72 ° 10-з 90 рз (аз) 18 69 1О з 62а10-3 Н 91 73 Геометрические характеристини лопаток Таблица 3 Данные га одинамического расчета двигателя и турбины Опоена ~ение СА 550 срм ог, рем кг/с Ис.
(Ми,) рвах (тг) % Р„, кг/~~' Р„ кг7сма Р,, красна 6 на одну лопатку, кг1с ,„, К Тм, К а!аоаагрев гуах 1420 1420 59,6 0,68 7 57,8 0,95 20 26,2 !3,9 11,1 0„0!83 1205 0,0361 1264 25 1,5 профиля (выпуклой части) получалась большей, чем на остальных, и превышала обычно допустимую для стационарных газовых турбин (см. табл. 5). Устранить это оказалось возможно, как показано во 2-и варианте, уменьшением площади поперечного сечения внутренних каналов на срединном участке профиля с 0,475 10 ' до 0,312 10 'м'. Это достигнуто благодаря уменьшению шага ребер, т.
е. увеличения их числа. Как видно из табл. 5, 2-й вариант лопатки по абсолютному значению температуры на выпуклой стороне профиля и ее распределению является вполне удовлетворительным. Остается проверить, пройдет ли через внутреннюю полость лопаток принятый в расчете расход охлаждающего воздуха при его параметрах. Для этого воспользуемся зависимостями, приведенными в равд. 3.2, и графиком рис. 3.5. Коэффициенты гидравлического сопротивления на участке входной кромки согласно уравнению (3.3) 9! =0,41 и 9! =1,07 при отношении давления охлаждающего воздуха на входе в лопатку к давлению на выходе из нее пв =1,89 и и, =1,58. с.
а р. и Далее расчет ведем методом последовательных приближений. В первом приближении пренебрегаем гидравлическим сопротивлением каналов на срединном участке (эг! — — О) профиля, т. е. принимаем, что ах=9!+9п!. Тогда при ви! =9п! =2,0 (для каналов в выходной кромке с изогнутыми перемычками) 9з =2,41 и Таблица 4 (окончание) № п)п Номер формулы Велвчнне СА РК 25 26 27 )(фц хац Гвц (3.2г) (3.2) (3.1) 0,9 0,139 382 0,863 0,19 495 ц !в =ег л 2 (гг гв!) 1! бвц 334 4!3 !72 30 31 32 (3.2д) (!.!) (1.5) 0,541 780 0,531 0,449 702 0,429 Вых 33 34 35 36 37 одная кро (2.8) (2.1 1) (3.2б) (3.2а) мка 43870 1З6 0,727 0,00428 2230000 19206 75 0,723 0,00559 7З1000 1291 (2.11) (2.3) (1.6) (3.2) (3.1) (3.2е) (1.1) (!.5) Т а б л и ц а !.
Результаты расчета температуры сопловых и рабочих лопаток СА Температура лопатки, 'С РК 1 вервент 2 вернент Входная кромка Срединный участок Выходная кромка 1л !лц 'ш 838 879 826 717 702 685 838 780 843 76 39 40 41 42 4З 44 45 46 47 Вевц! Мпв Ргв „ 8!в!ц Вери! (герц )т(пгш =0,02630ег з 111 "ш гев!ц %и хгц в!ц б)вц! — !вц! !вц 0 !лц, =(г,— 6Н, (1„— (,ц) 6„„ 3150 4652 8297 0,898 0,0615 545 50 0,578 843 0,469 3416 6223 0,910 0,143 470 88 0,540 685 0,45 Ь,=-3,07. Секундный расход воздуха через лопатку, подсчитанный по уравнению (3.5) с учетом (3.4), 6; =0,043 кг!с и 6; =0,021 кто.
Величины этих расходов несколько больше принятых при расчете температуры сопловой и рабочей лопаток. Посмотрим, насколько он уменьшится, если учесть сопротивление каналов на срединном участке профиля, протяженность которых составляет -70% от длины хорды профиля. По графику рис. 3.2 находим коэффициенты гидравлического сопротивления каналов на срединном участке профиля $;, =0,36; Е~', —— 0,32 и зх =2,77; зх =3,39. Подсчитываем газодина-. мические функции д(Хп) и п(Хш), пользуясь таблицами, находим Хп и Х„,.
Подставив найденные значения в уравнение (3.5), определяем секундный расход охлаждающего воздуха второго приближения: 6, =0,04 кг!с и 6, =0,02 кг!с. В данном случае следующее приближение практически не изменит величины расхода воздуха, и на этом можно закончить расчет. Величина расхода воздуха, принятая в расчете температуры лопаток, меньшая полученной на 10О4 через сопловую лопатку и 1ОФ~о через рабочую, должна рассматриваться как нижний предел допуска на изменение расхода охлаждающего воздуха из-за отклонения размера внутренних каналов от заданных чертежом при производстве лопаток.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
