Копелев С.З., С.В.Гуров - Тепловое состояние элементов конструкции авиационных двигателей (1014175), страница 15
Текст из файла (страница 15)
и. д, турбины. ает от нее тепло н обоз'ный слой (рнс 52), Та- ''1(1~ '( !! Т'; Рис. 5.2. Схема лопатки е нроникнмшим охлаждением! 1-нееуткнб стержене; 3 — норнетан оболочка э.2. ЛОПАТКИ С ВйетТРЕНННМ КОНВЕКТНВНЬГМ ОХЛАЖДЕНИЕМ 5.2Л. Схемы охлаждаемых лопаток !;.' В высокотемпературных турбинах авиа!Пюнных дннгзтелей -' рпменяются лопатки различных конструкций и схем внутреннего -"онввктпвиого охлаждения. В зависимости от принятой схемы ох''вждеиня нх можно разделить па три основные группы. В нерву!о ,".Руину входят лопатки с поперечным относительно профильной час- ,Й лопатки (пера лопатки) течением охлаждающего воздуха и вы: Одом его;!Ибо из выходной кромки, либо из щели илн о~~~рстий, вспоз!Ожене!Ых на воп!утой части профиаш вблизи от выходной ромки.
В качестве примера могут служить рабочие лопатки ! сту. ' и американских двигателей фирмы еПратт-Уитни» семейства -30 н Р-(ОО, двигателя Р-)00, а также сопловые лопатки Ц сту. "''вей турбины двигателей ЗТ9() и ТР-39. Лопатки, входящие в зту , ппу, имеют внутри полость, как правило, образованную дефлек"ром, в которую подводится охлаждающий воздчх и нз нее рзсте- 85 кае!си В напраилеиии течения газа по каиалам,:.ц)илегаюшим к и!утренним стенкам лопатки вдоль обводов ее профиля. Во иторук) )Туппу входят лопатки ( продольным огиоситсл! Ио пера лопагки тг")ени1'м Охлая(да)(1)ц(ГО Воздуха и ныитском чсрсэ пер(!Гий '1ор)ц и радиальный зазор.
Такие раб)лис Гил!Втки п;)имсияются у гурб;)н аиглийсю!х дннгателсй «Опсй» и «Олимп» и амсрикаиского даигателя йТ91У 11 сту. пень). К пим также отиосятся рабочие лопатки с радиальиы)п( Внутренними каналами и г так иа)ыяаемои петлсаой схемой тс ю Ния ОХЛЗЯ(ДаЮЩЕГО ВОЗдуХа, КИДа ОИ ПОДВОДИТСЯ Н ЛаиатКУ С ЗЗМ- ьоиой части я прси д(, чем вытечь из исе, меняет иапраалеинс тс и чня Вдоль р(щиусз — от кориеного ссчшчия к периферийному о) периферии к корпк). Такие лопатки пап)ля применение у турби .
и илийслих да!Пагслей «Копией» и «Тайп» и дщ)гателя Т!»-29 !1! ( гупсиь). В третшо группу Входят лопатки смошапиого папрзплспия тс чеиия инду«а по отношеннн) к длине профильной части, когда Весь Впускаемыи В лопатку Воздух или часть с(о персмшцастся и«) !шут рен шм капалам В какой-то (асти лопатки В радиальном, а в какой то . В осепом иапраялеиии. Такие рзоочие лопатки нашли примсиеиие иа первых ступенях турбип днигатслсн 'П' «9 н КВ.2! ! К третьей группе такж~ отиосятся .Инштки, име)ошис Внутр( полОсть, пе1)ес(чснн\ю цнлии (ри'1сской формы псремычкзми 1И)тырьками), сосдиияюшими вогнутую и Выиуклу!о иопсрхиошь профильной части лопатки, или различиой фоомы прерывистым) перегородками, о)клоияющими Воздух от тече,)пя ь строго радналь ном иаправлеиии, )ыш сочс!аиием тно и другого.
Здесь следует заметить, что упомянутые ш)ырьки и дру)ис в!Пы турбулизатороа иа Виутреиией понсрхпости л(п)атки, В том шел« н прерыВисты(' п(р('ГО)и)дки, пр«дназиачю)иью д)я и3(тенс3(ф31ка1Н11' процесса теилообмена между охлажда!ощнм Воздухом и;юиаткии. н( яаляются несущими элементами, а иаоб(йнж, сами иш'ружан)т замкоао(' со(диВсиис и лОпзтку, уВщ(пчнная и нсй наирял((ии)1 рзстяжеиия от дейстаия цен)робсжиых сил. Поэп)м)у применю(и. таких тур()у.)3!затороп опраидыяаетгя н тех случаях, когда Возрос шие при этом напряжения компеисируются снижением темпера(у ры л(нитки.
Приведенными примерами далеко не исчерпывается мшнообра зис конструкций ох;!Зи(дасмых лопаток, применяемых и турбинах ааяацмоиных дяига~елеЙ, ЕстесГВси)(о, ч)о тр(бопзппя, п!)Сдьяяэ(я емые ь каждому опрсделеииой схемы дяигателю и его Назначению В части максимальной э!«Ои«)»)и«ии)с)и при задаиинх тягоаой харак. т(ристикс, ми)имальпых габаритах и уд(льпой массе, )ас)аи)!Яю, искать оптимальные с точки зрения )ззоиой динамики и эффективности охлаждеиня копструкции охлаждасмых лопаток, удовлетнорнющие требованиям прочиости, т. е.
обеспечивающие их надежную работу в пределах заданного ресурса. Однако стремление найти эти оптимальные коиструктивные решепия, удовлетворяющие перечисленным, в общем то протииорс- З(вым треооааниям, изталкнаается иа необходимость преодолеиия Хиол«ю)ческих труди)стей, что зачасту!о )шлнсгся рсшакицим при здаппи коиструкш)и лопатки, приемлемой н массопом серийном , роиз!)О11С)ас. П()д '1схно(к)гич(.'скимн т))дностями )дссь иужио ио ":~Имать ис только с()б(тщьио процесс прои)яодстпа,н)паток, ио и .~~асио и. рсплета)он)у)ося с пи«1 метаддурп!ческук) стороиу Воироса— бо,:э п учет саойс)ь ма(:)шалая, г)рямеиясмых для лопаток, в соЕтаиии с процессами пх отлияки, тсрмообработки, повсрююстного 'прочисипя и др. Практика показывает, что усонсршсистяона:)ис и . 'Сяосиие таких технологических пропессоя, как, например, )лсктроекроаых и эг!Сктрохи)!и сскнх способои обраоотки охлаждасмы: )пат!ж, при) Ги(ипс керамических стержней при их отлиаке, здаиш) мстодог иадсжиого неразруша!ощего комтроля из)атон Енных .)оиаток, разработка способа 13("ря:!Вем)1«)го госдн))сипя "майка и саарка) элементов охлзждаемых лопаток, от)!Нтых и.
ар)опроч)11«(х сил(!Вон, было определяющим при ра;)!)Вооткс их ''Оиструю!Н)1 и Внедрении в с(рийиос производство, Поэтому при 'рзяие!(ии различи!х конструкций охлаждаемнх лопаток с цельн) , х обосноиаии«эы) Выбора и при создании новых необходимо одно,1земеиио рассма!рива!ь техноло(ические процессы, обеспечиваю.Щие их и)готоалсиис, и методы коптроля, 5.2.2.
Лопатка с поперечным течением охлаждающего воздуха Из изиестиых коиструкций охлаждаемых лопаток с поперечным ': чеиисм охлаждающего воздуха наибольшее распростраьение по''учили )1Опзткн с Виутр(нины д(флекто)м)м. ВПЗГОдаря их ВысОкой ; фективиости они применяклся как и соплоаых аппаратах, так и '1Я рабочих колес. „';:;' Поперечное отиосительио пера расположеиие Виутренних кана- ' В охлаждения в этих лопатках позаоляет максимально сбляз)пь ',: «Впред(л(нис коэффициентоя тепл«югдачя по обводу профиля со ' Ороны возду: а н со с)Проны газа. Это дает возможность добиться "зчительно более высокой эффективности охлаждения, чем В друх конструкциях лопаток коняектиниого теплооомсна, и обеспечи " ет равномерное распределение температуры по профилю лопатки. !'.;:.
Па рис. 5.2 показаиа замереииая В различных точках профиля ''мпература лопаток с внутроиипм Вставным дефлектором и раВльпымн каиалами типа лопаткп 1 ступени турбины ТРД ' 'лимп», испытаииых из пакетной установке В одинаковых уело. "ях. Эти условия определялись относительным расходом охлаж' юшего Воздуха б(«)а — — -1,5')В, температурой газа Иа Входе В лотки Т,'"= — 1270 К и температурой охлаждающего воздуха Т„„» — -— „; 300 К. Из этого рисунка Видно, что максимальная разность тем"'!)Втур по профилю В лопатке со вставным дефлектором в пять ,"з меиьше (50 К), чем В лопатке с достаточно большим числом , «)хналы!ых каналов !250 К) 87 Рнс.
5.3 Распределенне хенн р))суры по профана) охлаждеенмх рабочих лопаток турбин)а- а — с асаавннн аен)аакаепак: В— раааалвчнна канааана ~ая Долговечность охлаждаемых рабочих лопаток турбин зависит оз совмсстиога действия повреждений, вызванных длительным ста. ТИЧЕСКИМ НВГЭУжсписсп, Н ОТ Мал!и!НИЛОВОЙ УСТВЛОСТИ.
Павреждесп!я От дсйстВЯИ длнтсльнОГО с1зтнчсскОГО ИВГР) ження накапливаются прн работе двигателя на стационарных режимах )с)алоиз!Нэ!Овзя усталость лопаток определяется размахом иапря женнй за цикл нагружения. Как правила, величина размаха на. пряжсннй определяется работой лопатки на пестапионарных рс жимах. При запуске двигателя и ныходс ега нн режим кромки прогрс взются быстрее, чем остальная профильная часть лопатки. Пр)1 внезапном останове двигателя В поперечном сечении возникает неравномерность температур, вызванная тем, чго крс)мкн лапа) кн охлаждаются быстрее, чем срединная часть профиля, т, е. возникает, как ее часто называют, обратная темпера ту р на я нерзвномериосз ь. Температурные градиенты В сечении лопаткн иа иесгацнонарных режимах вызывают значительные температурпые напряженна Обычно суммарные напряжения в лопатках на переходных режи. мах превышают значения напряжений из установившихся режимах.
Вследствие кратковременного их действия оии пе вызывахн заметного повреждении лопатки. Однако, когда размах напряжений зз цикл работы двигателя достаточно большой, в лопатке будут накапливаться усталостные повреждения в каждом цикле. 5 повышение времени переходных процессов в двигателе приводю к росту температурных градиентов в поперечном сечении лапа)жн н соответственно к увеличению папряжешш иа иестацнанарных режимах. Практика эксплуатации высокотемпературных авиационных двигателей, у которых турбины имеют охлаждаемые рабочие лопатки с радиальными внутрешшми каналами, показьп)аст, что при ходится идти па увеличение времени прнемнстостн, дли того чтобы снизлть возникающие прн этом термические напряженна в лопатках п увеличить время их безотказной работы. Таким образом, боль шая разность температуры тю профилю лопатки создав! дополнительные термические напрнжения в ней, а прн быстротечном нагре.
Ве нлн охлаждении (запуск двигателя, приемнстость, висзапнан остановка) мажет привести к преждевременному разрушению, 36 - Лопатка э' (рис. 5.4) с внутренним дефлектором 6 дает Воз,'пжность н пропсссе доводки увеличивать глубину се охлаждения ..с,)н В этОм НОЯВ;!Я) тсЯ ИСОбходн))ость! путем увсличш!НЯ рзсхп протска)ОЩСГО ннчт()и ВОздчхз с ИОмощью неаольп!их доле.)ок патин.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
