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

уменьшается по высоте лопатки от корня до периферии в 1,5— 2 раза.

Из анализа выражения для температуры стенки охлаждаемой

при относительном расходе охлаждающего воздуха 1—2% этот коэф­ фициент равен 0,3—0,4. Чтобы повысить его, необходимо увеличить расход воздуха, что крайне нежелательно с точки зрения экономич­ ности всей газотурбинной установки. Поэтому прибегают к другим способам его повышения. К ним относятся:

—• установка дефлектора внутрь полости охлаждения, позволя­

—увеличение внутреннего периметра лопатки путем его оребрения;

—впрыск жидкостей в поток воздуха, что увеличивает коэф­ фициент теплоотдачи.

Опыты [20] показали, что для рабочей лопатки с дефлектором и внутренним воздушным охлаждением можно снизить температуру

восходят выигрыш, получаемый от повышения начальной темпера­ туры газа.

§ 53. Температура по профилю охлаждаемой воздухом лопатки

сосевым выходом его

впроточную часть

Охлаждаемые воздухом лопатки с осевым вы­ ходом его в проточную часть нашли широкое применение в авиации и проектах судовых и стационарных установок. Воздух на охлажде­ ние поступает во внутреннюю часть дефлектора (см. рис. 31), из кото­ рого через специальные отверстия выходит в щель между оболочкой лопатки и дефлектором. Разделившись на два потока в щели: по спинке и корытцу, воздух, отобрав тепло от оболочки лопатки, выбрасывается в проточную часть. С целью определения необходи­ мого количества охлаждаемого воздуха для выдерживания допусти­ мой температуры стенки можно вести расчет по средним значениям начальных и граничных параметров. Если необходимо определить температурные напряжения по профилю такой лопатки, то при­ бегают к заданию средних значений на отдельных участках. Чем

больше таких участков, тем точнее расчет. Наибольшей точности можно достичь используя ЭВМ.

Расчет локальных значений параметров охлаждающей среды и коэффициентов теплоотдачи к охлаждающему воздуху на ЭВМ не­ прерывного действия путем непосредственного решения дифферен­ циального уравнения весьма прост, нагляден, малотрудоемок и не требует предварительного преобразования дифференциального урав­ нения в алгебраическое. Он удобен и для сравнительного анализа температурных полей в лопатке в зависимости от различных факто­ ров. Меняя начальные и граничные условия, можно получить в виде осциллограмм изменение параметров охлаждающей среды и темпе­ ратуры стенки в любой точке по профилю лопатки.

Локальные значения коэффициентов теплоотдачи по профилю охлаждаемой лопатки от газа к стенке можно рассчитать по методике [21 ]. Предполагается, что перетекание тепла по высоте лопатки и лу­ чистый теплообмен отсутствуют.

Для определения локальных значений параметров воздуха в за­ зоре охлаждения всю поверхность лопатки разобьем на две части: выпуклую и вогнутую и рассмотрим каждую в отдельности. Течение воздуха в канале описывается замкнутой системой уравнений. Для составления уравнения теплового баланса выделим один элемент канала охлаждения длиной dx, высотой I и шириной б. С внешней стороны элемент омывается газом; в зазоре протекает воздух, который нагревается на величину dt при прохождении по участку. Тогда уравнение теплового баланса для участка dx в дифференциальной форме при пренебрежении термическим сопротивлением стенки запи­ шем

квоздуху;

/— высота лопатки (канала);

GB — расход воздуха через половину лопатки; с р в — теплоемкость воздуха.

Уравнение сплошности можно представить в виде

GB = yBwBFB,

где wB — локальное значение скорости охлаждающего воздуха в ка­

Выбирая масштаб времени т, при учете возможностей машины, получаем рабочее машинное уравнение

По машинному уравнению набираем блок-схему (рис. 112). Зада­ вая значения л-, получаем локальные значения температуры воздуха в канале. Кроме температур воздуха, на осциллограф можно вывести значения локальных коэффициентов теплоотдачи к воздуху. Меняя

коэффициенты.

расход воздуха, зазор и начальные условия, можно получить измене­

изменение температуры воздуха по каналу, легко определить локаль­ ные значения скоростей по каналу охлаждения.

Потери давления на входе и выходе и на трение оценивают по из­ вестным скоростям и коэффициентам сопротивления. Зная локальные значения температур газа и воздуха и коэффициентов теплоотдачи,

Результаты расчета температуры стенки по профилю охлаждаемой тонкостенной лопатки с профилем Т-2 представлены на рис. 114.