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

Для определения напряжении в лопатке, охлаждаемой теплоотводом в диск, используя полученные выражения, необходимо выполнить следующие этапы расчета:

—подобрать такие значения 7, п Т.2, чтобы температура, рассчи­ танная по формуле (391), меньше отличалась от заданной;

—по зависимостям (374) и (392) подсчитать значения напряжении

инайти из (370)—(372) значения постоянных С;

—по зависимостям (369), зная значения постоянных, подсчитать напряжения, соответствующие однородному решению, и по (368) подсчитать суммарные напряжения.

Суммарные напряжения могут быть выражены в зависимости от параметра т. В табл. 44 приведены значения безразмерных напря­

Как следует из предыдущего параграфа, строгое математическое решение при определении температурных напряжений для охлаждаемых узлов газовой турбины невозможно. Решая задачи, вводят допущения, которые могут оказаться существенными и значи­ тельно исказитьфизическую картину температурных напряжений в ох­ лаждаемых узлах. Поэтому экспернментальныеработы по определению температурных напряжений имеют важное значение для создания полной картины температурно-напряженного состояния охлаждае­ мого узла. Правда, здесь встречаются свои трудности, заключаю­ щиеся прежде всего в том, что в настоящее время сложно осуществить с достаточной точностью измерение температурных напряжении в лопатках в рабочих условиях при высокой температуре. Однако, если ограничиться рассмотрением упругой области и принять, что модуль упругости Е и коэффициент линейного расширения а слабо изменяются с температурой, то температурные напряжения будут зависеть только от параметра т, определяющего характер измене­ ния температуры и разность температур по длине лопатки. Поэтому можно считать, что абсолютная величина температуры на величину напряжений не влияет. Это дает возможность моделировать условия работы охлаждаемой детали и проводить тензометрирование в по­ добных условиях, но при пониженной температуре газов, что обес­ печивает надежную работу тензодатчиков.

Таким способом был выполнен эксперимент по определению тем­ пературных напряжений в охлаждаемых лопатках при помощи вы­ сокотемпературных тензодатчиков [62]. С целью выяснения прием­ лемости допущений было проведено сравнение данных, полученных экспериментальным путем, с данными, полученными расчетным путем с допущениями для полуполосы. Экспериментальные замеры

температурных напряжений производили при помощи специальных прецизионных термостойких тензодатчиков из отожженной копстантановой проволоки в области температур 40—350 К- При этом использовали плоскую модель лопатки (пластина) и натурную ло­ патку газовой турбины ГТ-25-700ЛМЗ. Лопатки крепили хвостовой

водой хвостовой части до установления стационарного температур­ ного поля;

— выдержка при установившемся тепловом режиме с целью проверки устойчивости температурного поля;

—измерение показаний всех тензодатчиков при одновременном непрерывном контроле температуры;

—охлаждение вместе с печыо;

—измерение конечных показаний всех тензодатчиков при ком­ натной температуре.

Каждая лопатка была испытана при двух циклах нагрева и охлаждения. Деформация, измеренная каждым тензодатчиком, вы­ числялась по зависимости

І, 2е„ — (є, + є,)

По предварительной оценке экспериментальных данных можно сказать, что в натурной лопатке общий уровень напряжений зна­ чительно ниже, чем в пластине. В центральном сечении напряжения малы и достигают значения 10—20 Мн/м2 в области 70 мм •< х <: < 100 мм. Напряжения по поперечному сечению несимметричны и имеют наибольшее значение в тонкой части пера лопатки у ее вы­ ходной кромки в корневом сечении (до 60 Мн/м2). В плоской ло­ патке действуют напряжения, достигающие в центральном сечении 60 Мн/м2, а у кромок лопаток в корневом сечении 120 Мн/м2. Каса­ тельные напряжения не превышают 40 Мн/м2.

В работе оценена точность эксперимента, которая оказалась до­ вольно высокой. Случайные погрешности не превышают ±0,05 — 0,1 Мн/м2.

В работе [47] проведено исследование температурных полей и температурных напряжений в охлаждаемых лопатках с продольным протоком воздуха. Цель работы — получение «безградиентной» ло­ патки. Охлаждающий воздух распределялся по вертикальным ка­ налам дифференцированно в соответствии с локальными значениями коэффициентов теплоотдачи. Это дало возможность получить более равномерное температурное поле в поперечном сечении лопатки при пониженном расходе охлаждающего воздуха.

Произведенная оценка по температурным напряжениям при на­ чальной температуре газа ~1273 К и температуре охлаждающего воздуха —373 К показала, что напряжения весьма малы в стержне лопатки. Максимальные напряжения возникают в оболочке (рис. 126).

Рассмотренная лопатка не является оптимальным вариантом, обеспечивающим равномерное распределение температурных напря­ жений по ее контуру. На основе некоторых проведенных авторами

исследований можно заключить, что температурные напряжения могут быть сокращены при более рациональном распределении охла­ ждающего воздуха по каналам охлаждения.

Рассмотрев температурные напряжения для охлаждаемых воз­ духом лопаток газовых турбин при установившемся режиме их работы, можно сказать, что при расположении охлаждающих ка­ налов по периферии лопатки и соответствующем расходе воздуха через канал можно существенно выравиить температурные напря­ жения.

(5, Мн/н'

Еще большие возможности по выравниванию температурных напряжений появятся, если создать регулирование температуры стержня охлаждаемой лопатки, что можно сделать специальным охлаждением его. Меняя температуру стержня, добиваются тре­ буемого теплообмена в каналах и необходимой температуры стенки на каждом участке.

при нестационарных режимах работы

При пуске и остановке газотурбинной уста­ новки, а также при других переходных режимах в лопатках воз­ никает значительная неравномерность в распределении температуры. Это приводит к появлению температурных напряжений, которые алгебраически складываются с напряжениями, создаваемыми дей­ ствием центробежных сил. Исследование температурных напряже­ ний при нестационарных режимах позволяет более обоснованно выбрать режимы пуска и эксплуатации ГТУ. Особенно это важно для судовых ГТУ, которые работают на частичных нагрузках, в том числе работают определенное время на переходных режимах.

Определяющим фактором при оценке температурных напряжений служат температурные поля. Поэтому расчет температурных на­ пряжений при нестационарных режимах аналогичен расчету при