Системи охолодження газових турбін

Вибір того чи іншого способу  охолодження ротора тісно пов'язаний з його конструкцією. Струминне охолодження  обода диска органічно поєднується з одноступінчатими турбінами (наприклад ГТК-10 або ГТН-25 НЗЛ). Переваги струминного охолодження в декількох точках по колу з обох сторін обода - максимальна окружна одномірність температурного поля, високі коефіцієнти тепловіддачі в зоні впливу струменя на поверхню диска використання повітря, що входить з боку газовходу, для утворення плівки на зовнішній поверхні диска. Саме бажання уникнути нерівномірності температури в окружному напрямку при охолодженні обертовим повітрям і викликала до життя цей спосіб

Він був детально і ретельно досліджений на НЗЛ і успішно  при ¬ трансформаційних змін у  ряді ГТУ з помірною температурою газу. Недоліки цього способу у  високотемпературних ГТУ - велика витрата охолоджую ¬ ного повітря, недостатньо раціональне його використання, шкідливий вплив підсмоктують в осьовий зазор охолоджувача на ефективність роботи лопаткових вінців, можливість підсосу гарячих газів в порожнину у бічній поверхні диска при порушеннях роботи системи охолодження

 

 

Охолодження соплових та робочих лопаток

Соплові та робочі лопатки, безпосередньо  омивані гарячими газами, практично нагріваються до температури гальмування газу. При охолодженні лопаток їх температура стає менше температури газу. Кількість теплоти, що надходить газу до лопатки, залежить від різниці їх температур і ко ¬ коефіцієнта тепловіддачі.

Теплота яка підходить  до лопатки повинна бути відведена охолоджуючим середовищем, у якості якої найчастіше використовують повітря після компресора. Охолоджуюче повітря, проходячи через спеціальні канали в лопатках, нагрівається, відбираючи теплоту від лопатки. Нагрів повітря залежить від його витрати, теплоємності та кількості відібраної теплоти.

Охолодження повинно забезпечувати  необхідну температуру металу лопаток та сталість по її поверхні.

Схеми охолодження лопаток  газових турбін класифікують за конструктивними  ознаками, термодинамічних властивостях, виходу теплоносія та ін. Однак жодна класифікація не являється універсальною.

Розглянемо найпростіші схеми тепло-і маслообміну в охолоджуючих лопатках.

Для зовнішнього охолодження  робочих лопаток використовують три схеми (мал. 109, а-в). При парціальному підводі (мал. 109, а) охолоджувач продувається через кілька соплових каналів і робочі лопатки охолоджуються, проходячи через його потік. Охолоджувач можна також підводити всередині соплових лопаток і вприск в потік газу через щілину в їх вихідний кромці (мал. 109, б). При індивідуальному зовнішньому охолодженні робочих лопаток

(мал. 109, в) охолоджувач через спеціальні канали вприскується на поверхню кожної лопатки.

При загороджувальні охолодженні  на поверхні Лопаток Створюється захисна плівка охолоджувача. Така плівка може створюватись двома способами: подачею охолоджувача через щілини

Мал. 109

Мал. 109. Зовнішнє охолодження робочих лопаток газових турбін:

2 - парціальнім підведенням  охолоджувача, б, в – вприскуванням охолоджувача  в Потік газу та на лопатку

(мал. 110, а) або продавлювання (еффузіі) через пористе тіло лопатки, виготовленої за спеціальною технологією Крім того, для Зменшення потоку теплоти в лопатку на неї завдаючи твердих покриття низької теплопровідності (мал. 111). Ці Способи зниження потоку теплоти використовують Як для робочих, так і для соплових лопаток.

 

 

Мал. 110

Мал. 111

 

Мал. 110. Загороджувальне охолодження лопаток: а - плівкове, б - еффузійне

Мал. 111. Лопатка з твердим керамічним покриттям:

1 - Покриття, 2 - Тіло лопатки. 

 Види внутрішнього  повітряного проточного охолодження визначаються насамперед конструкцією самих лопаток і напрямком руху охолоджувача. У лопатці з дефлектором-порожнистої тонкостінної вставкою утворюються канали для проходу охолоджувача, який тече в тому ж направленні, що і гарячий газ, і викидається через щілину в вихідної кромки лопатки. У лопатці з зовнішньої тонкостінної гільзою також утворюються канали для проходу охолоджувача, який скидається через вихідну кромку.

Монолітна лопатка, всередині  якої поблизу поверхні виконана повнісінько для проходу охолоджувача канали. Охолоджувач в цьому випадку тече в каналах між дефлектором І тілом лопатки. У місцях найбільших значень коефіцієнта тепловіддачі від газу до лопатки охолоджувач виводиться на її поверхню і створює тонку плівку.

Мал.116

мал.117

Мал. 116. Проточне повітряне охолодження робочих лопаток:

а - через радіальні отвори, б - з  виходом охолоджуючого повітря через тіло і вихідну кромку; 1 - перо, 2 - хвостовик

Мал. 117. Комбіноване повітряне охолодження соплових лопаток з одним (а) і двома (б) дефлекторами;

1 - тіло лопатки, 2 – дефлектори

 

 

Контрольні питання

1. Яке призначення систем охолодження?

2. Як охолоджується корпус газової  турбіни?

3. Як подається повітря для  охолодження ротора газової турбіни?

4. Які способи охолодження соплових  і робочих лопаток ви знаєте?