Файл: Жаров Г.Г. Судовые высокотемпературные газотурбинные установки.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 200
Скачиваний: 1
мощью которого можно было бы сравнить рассматриваемые системы охлаждения. Лучшим критерием для этого могла бы быть зависимость температуры лопатки от количества охлаждающего воздуха. Однако известно, что зависимость средней температуры лопаток от относи тельного расхода воздуха неоднозначна.
Очень часто в практике проектирования для сравнения эффектив ности различных систем охлаждения лопаток используют зависимость относительной температуры от относительного расхода воздуха
Є = f (G), |
(34) |
г* _ |
тс т |
относительная |
температура; |
|
|
|
где 6 = —^ |
— |
|
|
|||
|
Тг |
— заторможенная температура потока газа; |
||||
|
ТСт |
— средняя температура стенки лопатки; |
|
|||
Q |
Тв |
— средняя температура |
воздуха; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G = в , ° х л |
— относительный |
расход |
воздуха; |
|
|
|
GB.охл — расход воздуха на охлаждение лопатки; |
||||||
В работе |
Gr |
— расход газа, |
приходящийся иа |
одну |
лопатку. |
|
[74] представлены такие зависимости |
для |
различных |
||||
охлаждаемых |
лопаток авиационных двигателей. |
|
|
|||
Сравнение эффективности охлаждения показывает, что лучшие результаты получают при использовании полой тонкостенной ло патки со вставным дефлектором. При одинаковом расходе охлаждаю щего воздуха можно добиться того, что температура этой лопатки будет меньше или при одинаковой температуре стенки расход воз духа будет меньше, чем у лопаток с каналами.
Лопатки с петлевой системой охлаждения двигателя «Конвей» имеют меньшую эффективность. Однако, по мнению автора работы [74], вследствие равномерного температурного поля по профилю и по высоте такие лопатки имеют меньшие температурные напряже ния и используются для машин с большим ресурсом. Лопатки с ра диальными отверстиями двигателя «Олимп» (см. рис. 44) имеют не сколько большую эффективность охлаждения, чем лопатки с петлевой системой охлаждения. В лопатках с радиальными отверстиями про пускная способность ограничена, а неравномерность температурного поля по высоте и в поперечном сечении достигает 300 К, что приводит к дополнительным температурным напряжениям. Последние увеличиваютобщие напряжения в средней по хорде части лопатки до такого уровня, когда возникают большие деформации ползучести вблизи вогнутой стороны лопатки, что вызывает коробление последней.
Такой анализ и сравнение эффективности можно проводить только
для лопаток, испытанных в одинаковых режимных условиях |
(Rer , |
||||
ReB ) |
ТТ1ТЪ и др.) и при |
одинаковых |
геометрических параметрах |
ре |
|
шетки и охлаждающих |
каналов |
(t, и, |
b, $lt |32, F и т. д.). Поэтому, |
||
если |
оценивают эффективность |
охлаждаемых лопаток, испытанных |
|||
в различных условиях, |
и переносят опытные данные на натуру |
при |
|||
различных условиях и геометрических размерах, то вводят специаль ный удельный коэффициент расхода охлаждающего воздуха [32]
g = ^- = k^arf(aB), |
(35) |
где kx = q — коэффициент, учитывающий снижение темпера
|
турного напора со стороны охладителя из-за тер |
||
|
мосопротивления стенок лопатки толщиной б с т |
||
|
при Ві 9 < 0,8; |
||
Bi — критерий Био; |
|
||
срг. |
отношение средних удельных теплоємкостей газа |
||
с, |
|||
и воздуха; |
|
||
|
|
||
а*, а* — безразмерные |
комплексы, пропорциональные |
||
|
критерию Стантона и характеризующие соотно |
||
|
шение между |
интенсивностью теплоотдачи и |
|
удельной энтальпией потока со стороны газа и воздуха;
f ( c c D ) ~ l
« в ( 2 + < ) '
В работе [20] дается зависимость безразмерных комплексов от геометрии решетки и коэффициентов критериальных уравнений в виде
|
|
|
» |
|
АГиГ |
Sr |
|
|
|
|
|
|
|
Rer |
m r P r |
/ sin р2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
Is. |
|
|
|
|
|
|
а в = |
n |
1—m k .1—m |
|
|
||
где |
|
|
|
ReB |
E P r B |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Sr = ^ |
b |
/ |
" |
|
|
|
=—- g |
1 |
(36) |
s m |
P 2 |
] |
/ |
Fein c^ + W cos" P^Jb- |
|
|
|||
—критерий, отражающий влияние геометрии решетки на теплоотдачу;
JRer; |
ReB |
— критерий |
Рейнольдса |
газа и воздуха; |
Ргг ; |
Рг в |
— критерий |
Прандтля |
со стороны газа и |
_ |
|
воздуха; |
|
|
Ь = blbQ;j = |
t/b0; |
|
|
|
иг — Ur/b0 — относительные ширина, шаг и периметр профиля;
Pi и Р2 — углы входа и выхода потока из решетки; Аг; Ав; тг; тв — коэффициенты критериальных уравнений
теплоотдачи.
7* |
99 |
Для приведения опытных данных к одинаковым условиям сравне ния используют зависимость
Гг
° Д а в )
|
|
|
<-рв |
|
|
где |
, — эталонный удельный |
коэффициент расхода |
охлаждающего |
||
|
воздуха; |
|
|
|
|
|
gon — опытный удельный |
коэффициент расхода |
охлаждающего |
||
|
воздуха. |
|
|
|
|
Учитывая, что функция / (а в ) мало зависит от основного аргумента |
|||||
ReB |
[при изменении ReD |
в десять раз f (aD ) меняется на 20—30%], |
|||
удельный коэффициент расхода охлаждающего воздуха |
|||||
|
g3 = 0,056co n go |
Re?'3 1 Prr Sr°'5 8 /sinp' Т ; |
Ч 0 ' 2 5 |
(37) |
|
|
|
|
Тг |
J |
k\ur |
Для решеток, испытанных в статических условиях, соп = 1, для лопаток, испытанных на вращающихся моделях, соп = 1/ев р , где 1 + 0,8Su0 '4 2 — коэффициент, учитывающий влияние эффекта
вращения на теплоотдачу;
|
|
Su = |
и — окружная |
скорость; |
|
w2 |
— скорость потока на выходе из решетки; |
|
d/l |
— отношение |
среднего диаметра облопатывания к длине |
лопаток.
Сцелью перенесения полученных опытных данных по теплообмену
вохлаждаемых турбинах на натуру можно воспользоваться выраже нием
|
|
, 0,25 |
|
R e ( ) . 8 2 |
& 0 . 5 8 р |
_ в _ |
f(al) |
г |
|
г і т і |
|
|
|
go |
|
|
|
|
7* \ 0 , 2 5 |
|
(38) |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
"Яоп |
Н е о , з 2 5 г о , |
5 8 р г г [ _ ^ ) / ( а * } |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для |
сопловых |
лопаток |
|
сх = |
1, |
для |
рабочих |
лопаток |
|
с± = |
[] _і_ о 8Su°'4 2 l |
, если |
опыты |
проводились |
на вращающейся |
||||
-—'•—'•—0 |
' и в т |
||||||||
|
11 -г 0,8Su • |
]оп |
|
|
|
|
|
|
|
модели, и сх — [1 + |
0,8Su0 '4 2 ],ia T , если опыты проводились |
на стати |
|||||||
ческих моделях. Поскольку в системах охлаждения всегда сущест вуют утечки, то расход воздуха можно представить
« н а т к у т . |
(39) |
|
где |
kyr |
— коэффициент утечки воздуха |
через |
неплотности |
в зависи |
|||||||||||||||
мости |
от |
совершенства |
|
уплотнений: |
|
для |
сопловых |
|
лопаток |
|||||||||||
kVT |
= |
|
|
для рабочих лопаток /гу т = |
1,1-н1,2. |
|
коэффициента |
|||||||||||||
|
В работе |
[20] |
получены |
зависимости |
удельного |
|||||||||||||||
расхода, |
приведенного |
к |
эталонным |
условиям, |
от |
относитель |
||||||||||||||
ного расхода воздуха для различных |
систем охлаждаемых |
лопаток. |
||||||||||||||||||
Из |
рис. 67 |
видно, |
что |
наиболь- |
д3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
шей эффективностью (в смысле ОМ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
использования |
хладоресурса |
воз |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
духа) обладают лопатки с большим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
числом |
мелких |
отверстий |
и |
деф- |
ом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
лекторные |
лопатки |
с поперечным |
|
|
|
|
г |
|
|
|
|
|||||||||
течением |
охладителя. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Для |
правильно |
сконструиро |
|
|
|
|
|
У |
|
|
|
|
|||||||
ванных |
лопаток эталонный |
удель |
ом |
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
||||||||
ный коэффициент |
расхода |
охлаж |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
дающего воздуха может быть при |
|
|
|
|
|
" у |
|
|
|
|
||||||||||
нят: |
для |
|
сопловых |
лопаток |
0,010,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
g3 *=» 0,02ч-0,025 |
и |
для |
рабочих |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
3,0 |
3,5 |
\Q |
||||||||||
лопаток g3 |
я« 0,01 ч-0,017. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Gs,% |
||||||||
|
Количество охлаждающего воз |
Рис. |
67. Обобщенные |
результаты |
опы |
|||||||||||||||
духа, необходимое |
|
для |
снижения |
тов по эффективности воздушного ох |
||||||||||||||||
температуры |
лопатки до |
заданно |
лаждения |
лопаток |
газовых |
турбин. |
||||||||||||||
го уровня |
(^д о п |
при |
известном |
g3), |
1 — рис. |
44, |
а; |
2 — рис. |
44, б; |
3 — рис. |
30; |
|||||||||
находят из зависимости |
|
|
|
4 — рис. 44, |
в; |
5 — рис. |
31; |
6 — рис. |
50. |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
\ 0,25 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
д о п ) |
|
|
|
|
|
L R e ° r - 3 4 s r ^ F s i n Y ( r A o n - r ; . |
в х ) J |
(40) |
|
Эффективность системы охлаждения будет определяться коэффи циентом эталонного удельного расхода охлаждающего воздуха. Чем меньше величина g3, тем лучше используется хладоресурс воз духа, тем меньшими количествами воздуха достигается заданный уровень температуры лопатки.
§ 22. Энтропийный метод расчета потерь в ВГТУ с охлаждаемыми турбинами
Из второго закона термодинамики следует, что все реальные процессы в той или иной степени необратимы и непо средственно связаны с исчезновением потенциально возможной ра боты. В случае обратимого процесса тепло, превращенное в работу, может быть вновь преобразовано в тепло без потерь энергии, а в слу чае необратимого процесса часть энергии рассеивается (теряется). Разность между работой обратимого и необратимого процессов яв ляется энергетической потерей. Мерой этой потери (рассеивания)
