Охлаждение ротора газовой турбины

В настоящее время широко используются охлаждения роторов газовых турбин.

Схема охлаждения ротора турбины продувкой воздуха через хвостовые крепления рабочих лопаток показана на рис. 104. Ох­лаждающий воздух подается через каналы 2 и, проходя между дефлектором (покрывным диском) 4 и диском 7, попадает в за­зоры хвостовиков 6 рабочих лопаток 5. Охлаждая хвостовики ра­бочих лопаток, воздух препятствует по­ступлению теплоты к ротору. Если ротор состоит из дисков с большим

6 полотном, такая система охлаждения оказывается недостаточной.

7Наибольшее распространение получили три схемы охлаждения дисков:

радиальным обдувом, струйное и ком­бинированное струйно-радиальное.

Радиальное течение охлаждающей среды в зазоре между корпусом и бо­ковыми поверхностями дисковых или барабанных роторов возникает во мно­гих конструкциях газовых турбин. Та­кое течение может быть направлено как от оси вращения ротора к пери­ферии дисков, так и в противоположную сторону. Пять типичных режимов

течения охлаждающей среды, возникающих при радиаль­ном обдуве, показаны на рис. Д05, а—-д. Возникновение обрат­ных течений возможно, если расход охлаждающей среды мал.

Вследствие закрутки потока возникает радиальный перепад давлений, 'вызывающий в пограничном слое на корпусе течение

Рис. 105. Схемы радиаль­ного течения охлаждаю­щей среды в зазоре меж­ду диском и корпусом турбины:

а, д - K_v =0, б, г - 0<К„ «»,

в — K_v=<x>; 1 — диск, 2—

корпус турбины

от периферии диска к центру. Возникновению обратных токов пре­пятствует расходное течение. Увеличение расхода среды умень­шает закрутку потока и снижает перепад давлений. Характер те­чения в зазоре между диском и корпусом зависит от значения кинематического фактора:

Рис. 104. Охлаждение рото­ра турбины продувкой воз­духа через хвостовые креп­ления рабочих лопаток: / — ротор, 2 — канал для под­вода охлаждающего воздуха, 3 — корпус турбины, 4 — деф­лектор, 5 — рабочие лопатки, 6 — хвостовики лопаток, 7 — диски

где 1>_г=(?ов/(ев2лгД) —расходная радиальная составляющая ско­рости в зазоре (Д — зазор между диском и корпусом).

V Разновидностью охлаждения радиальным обдувом является охлаждение с помощью специального покрывного диска — дефлек­тора (рис. 106). Такая схема охлаждения позволяет быть уверен­ным, что даже если в зазор между диском и корпусом проникнут горячие газы (это возможно при больших ,/(„), то они не будут перемешиваться с охлаждающим воздухом и, следовательно, на­гревать диск. Как правило, охлаждающий воздух после дефлектор

Рис. 106. Охлаждение диска с дефлектором:

/ — уплотнение, 2 — корпус, 3 — дефлектор, 4 — диск

Рис. 107. Формы каналов (а, б, в) и схема течения

воздуха (г) при струйном охлаждении диска:

/ — корпус, 2 —каналы для подвода охлаждающего воздуха,

~3 — диск

pa проходит через зазоры между хвостовиками рабочих лопаток и пазами диска, отводя часть теплоты, поступающей к диску, через перо рабочей лопатки.

у Струйное охлаждение применяют для резкого усиления тепло­обмена на ограниченной поверхности. В газовых турбинах обычно возникает необходимость охладить периферию диска (наиболее нагретую его часть). Струйное охлаждение позволяет, не повышая расхода охлаждающей среды, увеличить скорость ее натекания на поверхность диска.

Для этого охлаждающую среду подают через узкий кольцевой канал либо отдель­ными струями, вытекающими из располо­женных на одной окружности круглых или прямоугольных сопл (рис. 107, а — г). В зоне, расположенной между осью вращения ротора и местом подвода воздуха, возника­ет циркуляционное течение, в которое, как правило, вовлекаются горячие газы из про­точной части турбины. Следовательно, при струйном охлаждении необходимо тщатель­но уплотнять приторцовую полость диска, отделяя ее от проточной части турбины.

В большинстве случаев как по условиям распределения темпе­ратур в диске турбины, так и по чисто конструктивным соображе­ниям нельзя применять чисто струйное охлаждение. Поэтому ис-

Рис. 108. Комбинирован­ное струйно-радиальное охлаждение диска:

/, 3 — каналы подвода ох*

лаждающего воздуха, 2 —

корпус, 4 — диск

пользуют комбинированное струйное охлаждение периферии диска и радиальный обдув его внутренней части (рис. 108). Такая схема охлаждения позволяет отбирать основное количество теплоты от диска в наиболее нагретой его части — местах крепления хвосто­виков рабочих лопаток.

Подбором расхода воздуха на радиальный обдув можно пред­отвратить или резко снизить приток горячих газов из проточной части турбины в зазор между диском и корпусом. Кроме того, соответствующее соотношение расходов воздуха на струйное и радиальное охлаждение обеспечивает необходимое распределение температур в диске.