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

ними, а те, на которых изменение давления происходит дополни­ тельно и за счет центробежных и кориолисовых сил, называются

активными.

Все элементарные участки, используемые в системах охлаждения, можно разделить на две группы:

—каналы для подвода, отвода и распределения охлаждающего агента;.

—охлаждающие каналы и поверхности.

К участкам охлаждения отдельных деталей турбины следует от­ нести системы охлаждения лопаток, дисков, подшипников, уплотне­ ний, которые состоят из нескольких элементарных участков.

Сети охлаждения отдельных узлов представляют собой сложную систему, состоящую из отдельных систем охлаждения деталей и эле­ ментарных участков узла турбины (ротора или статора) или всей ГТУ в целом. Поэтому для оценки гидравлических сопротивлений си­ стемы охлаждения ГТУ необходимо знать сопротивление элементар­ ных участков,.которое зависит от конструкции этих участков, рода охлаждающего агента и режима его течения.

Анализ конструкции систем охлаждения показывает, что они со­ стоят в основном из каналов различной длины, которые могут иметь круглую, прямоугольную, щелевую, кольцевую и сложной конфигу­ рации форму. По длине каналы могут менять диаметры, быть длин­ ными и узкими или короткими и широкими. Особой сложностью отличаются системы охлаждения лопаток.

Влопатках канального типа при течении охладителя в радиальном направлении (см. рис. 41) имеются прямые.длинные каналы с отно­ шением длины канала к диаметру больше 50. Гидравлический диа­ метр таких каналов, как правило, находится в пределах 0,2—2 мм-

Ктаким каналам можно отнести и монтажные зазоры в хвостовиках рабочих лопаток.

Влопатках с возвратно-продольным протоком охлаждающей среды (петлевых, смрис. 59) элементарными можно считать участки пово­ рота потока.

Дефлекторные лопатки имеют несколько элементарных.участков в.системе охлаждения, к которым относятся::

—отверстия пренебрежимо'малой длины (IIdt. 1) и острыми кромками, через которые выходит воздух из дефлектора в зазор; .

—криволинейные участки с разделением потока и выходом

— решетки, разделяющие поток охлаждающего воздуха на вы­ ходе.

В зазорах под полками охлаждаемых лопаток используются пря­ мые длинные щелевые каналы сложной конфигурации (при IIdr >• 50) с изменением расхода по длине, а также между полками хвостовиков соседних лопаток и между хвостовиками лопаток .и вставками.

w — средняя скорость по сечению потока; р — плотность среды.

Эксперименты показали, что при Re > 5 - Ю 3 на гидравлические потери влияет только геометрия канала и не влияет режим течения. Все коэффициенты гидравлического сопротивления определяются опытным путем. В тех случаях, когда поток воздуха протекает в за­

—длинные постоянного сечения;

—короткие постоянного сечения;

—плавно изогнутые;

—с переменным сечением по длине.

Длинными каналами постоянного сечения называют каналы длиной более четырех диаметров, в которых поток заполняет все сечение. По данным работы [27], поток при входе в канал под дей­ ствием центробежных сил, вызванных искривлением траектории движущихся частиц, сжимается и не заполняет весь канал на не­ котором расстоянии. Из экспериментальных данных известно, что это расстояние равно примерно 4dT. Если канал длинный, то поток успевает до выхода из канала заполнить его целиком и при выходе площадь выходной струи равна площади канала. В этом случае вход и выход называют совершенными.

Определение гидравлических сопротивлений длинного канала сводится к определению последовательно соединенных сопротивлений входа, трения и выхода:

Для решения этого уравнения необходимо определить коэффи­ циенты гидравлических сопротивлений входа, трения и выхода. Если при течении воздуха в длинном канале потеря давления в ос­ новном вызывается силами трения, то при входе потока в более узкий канал и выходе из него потеря давления возникает в результате

отрыва потока. Известно, что при Re < 1 • 10* потеря давления на входе зависит как от геометрии входа, так и от режимов течения воздуха. В этом случае коэффициент сопротивления на входе для

прямым, плавным с утолщенной кромкой, с экраном и т. д. В каналах систем охлаждения наиболее часто встречаются следующие формы входа:

1. Вход в канал прямой с постоянным поперечным сечением. В этом случае на величину сопротивления может влиять как тол­ щина стенки канала, так и величина выступа канала от торцевой стенки. В работе [27] приведена зависимость

где b — выступ канала от торцевой стенки; б — толщина стенки.

2. При входе в канал, расположенный под некоторым углом к торцевой стенке с острыми кромками, коэффициент гидравличе­

Коэффициент гидравлического сопротивления можно определить также по графической зависимости в работе [27].

3. При наличии на входе в канал скругленной кромки или снятой фаски, что делается для снижения дополнительных вихреобразований и уменьшения сопротивления входа, коэффициент гидравлического сопротивления можно определить как функцию, зависящую от ра­

При наличии экрана перед входом в канал на гидравлическое со­ противление будут оказывать влияние расстояние от экрана до входа канала и геометрия самого входа. Общее сопротивление на входе может быть представлено в виде суммы

>экр Si + AS: