Копелев С.З. - Охлаждаемые лопатки газовых турбин (1014173), страница 24
Текст из файла (страница 24)
рис. 4.10). Через эти вырезы и зазор В полость А сообщается с проточной частью турбины. Суммарные площади вырезов Е и зазора В составляют примерно 2 и 1ОА от площади соплового аппарата соответственно. Испытание проводилось на стенде, где на вход в турбину подавался сжатый воздух, подогретый до 400 К. Испытуемая турбина вместе с электрогенератором, поглощавшим ее мощность, устанавливались на балансировочной раме, имевшей весовое устройство для замера крутящего момента, развиваемого на ее валу. Частота вращения вала измерялась точным тахометром. Расход воздуха, подаваемого в испытуемую турбину, измерялся до его подогрева обычной мерной шайбой. Воздух, поступавший в полости А, не подогревался (- 300 К) н подводился по отдельному трубопроводу, на котором также устанавливалась мерная шайба, к кольцевому коллектору диаметром 50 мм.
Из этого коллектора подводился воздух в полости А на наружном диаметре. В полости А, расположенные на внутреннем диаметре, воздух поступал через внутренние полости сопловых лопаток. Количество воздуха, подводнмого к корпусу соплового аппарата, регулировалось задвижкой, установленной па подводящем трубопроводе. При испытании турбины (па всех режимах) полное давление воздуха, подаваемого в полости А, устанавливалось равным полному давлению перед входом в сопловой аппарат.
107 Испытуемая турбина была оснащена приборами для замера параметров воздуха на входе и выходе по окружности и по радиусу, необходимых для задания режима испытания и построения характеристик турбины. Анализ полученных в результате испытания характеристик ступени показывает, что на режиме работы турбины, соответствующем расчетному и",=Р;,1Р;=1,85 и пД/Т;,=321, наличие зазора Б (см. рис.
4.8), через который втекает воздух из полостей А в осевой зазор между лопатками соплового аппарата и рабочего колеса, снижает КПД ступени турбины на 0,8 — 1,0>А (при этом воздух в полость А по трубопроводу не подводился). Если закрыть этот зазор и полость Г, оставить незакрытыми зазоры по контуру профиля 6 (см. рис.
4.9), а воздух в полости А также не подавать, то КПД ступени уменьшится на те же 0,8— 1,0% по сравнению с его значением при отсутствии этих зазоров. Подача воздуха в полости над сопловым аппаратом в количестве 1,6 — 1,7>А от его расхода через проточную часть при наличии только зазоров х6> уменьшает КПД турбины еще на 1%. Таким образом, по сравнению с отсутствием зазоров снижение КПД ступени при вдуве воздуха в указанном количестве составляет 1,8— 2,0>А. Это видно из рнс. 4.11, где представлены графики изменения КПД турбины в зависимости от срабатываемого на ней перепада полного давления при расчетном значении п17 Т;. На описанном стенде исследовалось влияние на КПД турбины вдува воздуха в межлопаточный канал соплового аппарата через щели между наружными и внутренними полками сопловых лопаток в местах соединения этих полок.
Оно проводилось на натурной одноступенчатой турбнне с цилиндрической формой проточной части и высотой полой сопловой лопатки й;=135 мм с выдувом охлаждающего воздуха в проточную часть через щели на корыте у выходной кромки. Полости на внутреннем и наружном диаметрах сопловых лопаток наддувались воздухом такого же давления, как и в потоке перед сопловым аппаратом, при температуре -300 К.
Эти полости отделялись от проточной части полками сопловых лопаток, на стыках которых площади щелей составляли около 3>А от площади узких сечений межлопаточных каналов. Испытания проводились при наличии этих щелей, а затем, когда они были закрыты. В этих испытаниях снимались полные характеристики ступени при подаче в нее подогретого до 410 К газа. Подогрев этот производился в камере сгорания, установленной на трубопроводе, подводящем воздух к установке. Анализ результатов этих испытаний показал, что вдув 1>А воздуха в проточную часть испытанной турбины снижает КПД ее почти на 1,5>А. Аналогичное испытание этой турбины в системе двигателя полностью совпало с данными, полученными на установке. С данными, полученными на установке, при исследовании влияния на КПД турбины вдува в проточную часть воздуха через зазоры между обводами профиля сопловых лопаток и бандажными кольцами на внутреннем и наружном диаметрах также хорошо 108 Рис.
4,! 1. Изменение КПД ступени турбины в зависимости от наличия зазоров б по контуру профиля а — Мз зазоров; б — с зазором; а — с зазором и подводом охлаждающего воздуха; л!1~ гг=зз1: !Х вЂ” и! !'г=йзе Рис. 4.12. Относительное изменение удельного расхода топлива ТРЯ в зависимости от относительного расхода воздуха, идущего на охлаждение турбины 1 — полный подвод охлаждающего воздуха; у — воздух неподается на охлаждение сопловых лопаток ! и !1 ступеней; 3 — перекрыты клапаны на подводе возду. .ха к сопловым и рабочим лопаткам ! ступени; 4 — дополнительно к предыдущему не подается иоздух к сопловым лопаткам 11 ступени согласуются результаты испытания одноступенчатой турбины в системе двигателя.
У этой турбины с высотой сопловой лопатки около 100 мм площадь зазоров по обводу профиля составляла примерно 0,0% от проходной площади соплового аппарата. Через эти зазоры втекал охлаждающий воздух в проточную часть в количестве 2 — 2,5% от расхода газа через турбину. Устранение этих зазоров н, следователыю, утечек через них повысило КПД турбины почти па 2%. В дальнейшем была изменена конструктивная схема соплового агшарата таким образом, чтобы при сохранении профильной части сопловых лопаток устра- 10!) нить зазоры по обводу профиля. Повторные испытания подтвердили полученные ранее значения КПД турбины. В высокотемпературной турбине все потери, обусловленные необходимостью введения охлаждения, проявляются во взаимосвязи и определяются весьма сложными процессами, далеко не всегда поддающимися расчету.
Поэтому для их определения приходится прибегать к эксперименту на турбине, работающей в условиях, соответствующих условиям ее работы в системе двигателя или им подобным, хотя проведение такого экспериментального исследования является непростой задачей. Тем не менее исследование влияния количества воздуха, расходуемого на охлаждение турбины, иа характеристики двигателя обычно и проводится на натурных турбинах, имеющих охлаждаемые лопатки и присущие этим турбинам схемы подвода охлаждающего воздуха.
Для того чтобы провести такое исследование, в испытуемых турбинах выполняют специальные устройства, которые дают возможность отключать подачу воздуха в систему охлаждения или в ее элементы. Это отключение может производиться полностью илн частично в процессе испытания двигателя. Если по каким-либо причинам не представляется возможным сделать отключающее устройство, то для проведения исследования требуется сделать несколько сборок двигателя (разбирая его до узла турбины), во время каждой из которых отключается, полностью или частично, вся система охлаждения или поочередно какие-либо элементы ее, как, например, охлаждаемые лопаточные венцы, полости ротора или статора.
Каждая такая переборка двигателя может повлечь за собой нарушение зазоров, особенно в лабиринтных уплотнениях системы подвода воздуха, что в свою очередь может сказаться на изменении характеристик турбины, соизмеримом с влиянием вносимого изменения в величину расхода охлаждающего воздуха. Поэтому в таких случаях принимаются специальные технологические меры, обеспечивающие сохранение практически неизменными зазоры в турбине. На рис. 4.12 представлены результаты исследования, показывающие влияние количества воздуха, идущего на охлаждение турбины, на изменение удельного расхода топлива.
Оии получены на экспериментальной установке с двигателем, имевшим двухступенчатую турбину, у которой охлаждались закомпрессорным воздухом сопловые лопатки 1 и 11 ступеней и рабочие лопатки 1 ступени. Все охлаждаемые лопатки имели выход ' охлаждающего воздуха через щели в выходной кромке. Испытуемая турбина имела устройство для отключения подачи охлаждающего воздуха в сопловые лопатки 1 и П ступеней и рабочие лопатки 11 ступени, оставлявшее неотключенным воздух, идущий на охлаждение корпуса турбины, на продувку ротора и на утечки в систему стравливания через лабиринтные уплотнения масляных полостей. Этим устройством можно было управлять с пульта во время снятия характеристик двигателя, не останавливая его.
Полной герметичности оно не обеспечивало и через имевшиеся неплотности воздух проникал в лопатки, особенно в сопловые. Поэтому для отключения системы охлаждения приходилось закрывать каналы, подводящие к ним воздух, при помощи специальных пластинок н перегородок. Для этого требовалось производить переборку двигателя. Количество воздуха, подаваемого в систему охлаждения, определялось по замерам его параметров по тракту подвода и увязывалось с расходными характеристиками лопаток и ротора в целом. Эти характеристики снимались прн изотермнческих продувках и по известным методикам (33, 371 пересчитывались к условиям испытаний. Как видно нз рис.
4.12, относительное изменение удельного расхода топлива находится в прямой зависимости от относительного расхода воздуха, подаваемого на охлаждение турбины. Оно определялось при одинаковой тяге, развиваемой двигателем. Влияние относительного расхода воздуха, отбираемого за компрессором для охлаждения турбины, на характеристики двигателя, будет зависеть при прочих равных условиях от количества охлаждаемых лопаточных венцов из их общего числа в турбине.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
