Файл: Жаров Г.Г. Судовые высокотемпературные газотурбинные установки.pdf

При расчете необходимой глубины охлаждения обычно исполь­ зуют зависимость

Максимальную температуру лопатки можно подсчитать по реко­

где АГ„е р = 50—250 К есть неравномерность температуры за каме­ рой сгорания в окружном и в радиальном направлениях.

Исходя из такого расчета можно определить расход охладителя для поддержания заданной температуры охлаждаемого узла.

Для неохлаждаемых рабочих лопаток при равномерном распреде­ лении температуры газа по межлопаточному каналу и высоте лопатки температура последней определяется температурой в пограничном слое вблизи лопаток Тт:

из уравнения радиального потока газа. Следует отметить, что тем­ пература неохлаждаемых рабочих лопаток одной и той же ступени будет всегда ниже, чем направляющих. Это объясняется тем, что на рабочих лопатках часть кинетической энергии потока газа всегда превращается в механическую работу турбины.

Г. И. Зотиков предложил температуру рабочей лопатки с доста­

Зависимость получена при небольшой степени реакции и отно­ шении скоростей alc1 = 0,45 -=- 0,48.

Если температура лопаток без охлаждения окажется выше допу­ стимой по условиям прочности при определенной величине механи­ ческих и температурных напряжений, то необходимо подобрать либо более жаропрочный материал, либо поддерживать температуру лопатки на допустимом уровне с помощью охлаждения. Опреде-

ляющим фактором в оценке потребной степени охлаждения детали являются температурные напряжения. После оценки суммарных напряжений и исходя из заданного ресурса можно найти необходи­ мую глубину охлаждения детали и количество охлаждающего агента. Затем проводится гидравлический расчет системы охлаждения. При этом главным элементом является определение пропускной способности охлаждаемой детали. Если при расчете окажется, что при располагаемом перепаде давлений система охлаждения не обеспе­ чит необходимый расход охладителя (что может случится особенно при использовании в качестве охладителя воздуха), то в принятую конструкцию вносят изменения и расчеты заново повторяют.

Определение средней температуры охлаждаемых узлов не дает возможности оценить полностью температурное состояние охлаждае­ мой детали. Поэтому, используя приведенные зависимости, невоз­ можно создавать эффективные системы охлаждения, которые обеспе­ чили бы минимальный расход охладителя при максимально вырав­ ненном температурном поле. Для этого необходимо знать распреде­ ление температур как по контуру, так и по высоте охлаждаемой детали. Рассмотрению этого вопроса и посвящены следующие пара­ графы.

§50. Температура по высоте лопатки, охлаждаемой теплоотводом в диск

Во всех современных газовых турбинах теплоотвод от рабочих лопаток осуществляется в обод диска. Это происхо­ дит благодаря разности температур диска и рабочих лопаток. Тем самым температура рабочих лопаток может под­ держиваться вполне определенной. Однако охла­ дить лопатку равномерно таким способом не пред­ ставляется возможным. Часто с целью повышения интенсивности охлаждения хвостовики рабочих лопаток продувают воздухом. Этот способ охлаж­ дения и защиты диска является самым простым, хорошо освоенным и широко применяемым в прак­

тике газотурбостроения.

где q1 — количество тепла, переданное выделенному объему от верх­ ней части охлаждаемой лопатки;

лопатки, то ее можно ввести под знак дифференциала. Приняв во внимание принятые обозначения, а также изменив знак на противо­

Найдем произвольные постоянные из граничных условий на вер­ шине и у корня лопатки.

На вершине лопатки можно считать, что температура лопатки равна температуре газового потока. Тогда тепловой поток на вер­ шине отсутствует. При х = 1

Поскольку К и F — величины, не равные нулю, то может быть равной нулю только производная