Охлаждение сопловых и рабочих лопаток

Сопловые и рабочие лопатки, непосредственно омываемые го­рячими газами, практически нагреваются до температуры тормо­жения газа Г_г*. При охлаждении лопаток их температура Т_а ста­новится меньше температуры газа. Количество теплоты, поступающего газа к лопатке, зависит от разницы их температур и ко­эффициента теплоотдачи а:

где г_л — площадь поверхности лопатки, омываемой горячим га­зом.

Поступающая к лопатке теплота Q_a должна быть отведена ох­лаждающей средой, в качестве которой чаще всего используют воздух после компрессора. Охлаждающий воздух, проходя через специальные каналы в лопатках, нагревается, отбирая теплоту от лопатки. Нагрев воздуха зависит от его расхода G_B, теплоемко­сти с_р и количества отбираемой теплоты ф_л

QJljJ

Охлаждение должно обеспечивать необходимую температуру Т_л металла лопаток и ее постоянство по их поверхности.

Схемы охлаждения лопаток газовых турбин классифицируют по конструктивным признакам, термодинамическим свойствам, ви­ду теплоносителя и др. Однако ни одна классификация не явля­ется универсальной.

Рассмотрим простейшие схемы тепло- и маслообмена в охлаж­даемых лопатках.

Для наружного охлаждения рабочих лопаток используют три схемы (рис. 109, а—в). При парциальном подводе (рис. 109, а) охладитель продувается через несколько сопловых каналов и ра­бочие лопатки охлаждаются, проходя через его поток. Охладитель можно также подводить внутри сопловых лопаток и впрыскивать в поток газа через щель в их выходной кромке (рис. 109, б). При индивидуальном наружном охлаждении рабочих лопаток 94

(рис. 109, в) охладитель через специальные каналы впрыскивается на поверхность каждой лопатки.

При заградительном охлаждении на поверхности Лопаток со­здается защитная пленка охладителя. Такая пленка может созда­ваться двумя способами: подачей охладителя через щели или от-

Рис. 109. Наружное охлаждение рабочих лопаток газовых турбин:

2 — парциальным подводом охладителя, б, в — впрыском охла­дителя в поток газа и на лопатку

верстия (рис. 110, а) либо продавливанием (эффузией) через пористое тело лопатки, изготовляемой по специальной технологии (рис. ПО, б). Кроме того, для уменьшения потока теплоты в ло­патку на нее наносят твердое покрытие низкой теплопроводности (рис. 111). Эти способы снижения потока теплоты используют как для рабочих, так и для сопловых лопаток.

Рис. НО. Заградительное охлаждение лопа­ток: а — пленочное, б — зффузионное

Рис. 111. Лопатка с твер­дым керамическим по­крытием:

/ — покрытие, 2 — тело> ло­патки

/ Виды внутреннего воздушного проточного охлаждения (рис. 112, а—в) определяются прежде всего конструкцией самих лопаток и направлением движения охладителя. В лопатке с деф­лектором— полой тонкостенной вставкой (рис. 112, а) образуют­ся каналы для прохода охладителя, который течет в том же на­правлении, что и горячий газ, и выбрасывается через щель в вы­ходной кромке лопатки. В лопатке с наружной тонкостенной гиль­зой (рис. 112, б) также образуются каналы для прохода охлади­теля, который сбрасывается через выходную кромку.

Монолитная лопатка, внутри которой вблизи поверхности вы­полнены для прохода охладителя каналы, идущие от ее корня к вершине, показана на рис. 113, в. Охладитель в этом случае течет в каналах между дефлектором И телом лопатки. В местах наибольших значений коэффициента теплоотдачи от газа к лопатке охладитель выводится на ее поверхность и создает тон­кую пленку.

Рис. 116. Проточное воздушное охлаждение рабочих лопаток:

а — через радиальные отверстия, 6 — с выходом охлаждающего воз­духа через тело и выходную кром­ку; / — перо, 2 — хвостовик

Рис. 117. Комбинированное воздуш­ное охлаждение сопловых лопаток с одним (о) и двумя (б) дефлекторами;

/ — тело лопатки, 2 — дефлекторы