Статья с результатами исследования опубликована в журнале Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника №75, 2023 г.
Новое поколение турбин отличается улучшенными характеристиками двигателя.
Например, высокой температурой газа на выходе из камеры сгорания, что делает установки более мощными.
Однако это негативно отражается на деталях турбины:
- на рабочих лопатках, которые участвуют в преобразовании кинетической энергии газового потока в механическую работу на валу двигателя.
Ученые ПНИПУ повысили эффективность охлаждения рабочей лопатки турбины за счет модификации системы подвода воздуха.
Что такое газотурбинный двигатель?
ГТД - тепловая машина, предназначенная для преобразования энергии сгорания топлива в кинетическую энергию реактивной струи или в механическую работу на валу двигателя.Он состоит из:
- компрессора;
- камеры сгорания;
- турбины и вспомогательных систем.
Рабочие лопатки являются важным элементом турбины.
Выглядит она так: металлические пластины с хвостовиком, прикрепляющиеся к диску.
Так лопатка может работать под постоянным потоком горячего газа, необходимо ее непрерывное охлаждение.
Иначе ухудшаются механические характеристики материала:
- он быстро выходит из строя;
- становится недостаточно прочным и надежным для использования.
Это приведет к ее разрушению.
На данный момент применяют разные способы поддержания приемлемой температуры.
Однако создание современных, более мощных ГТД требует модификации существующих систем охлаждения элементов турбины.
Это позволяет справляться с возрастающими нагрузками.
Для чего нужна система охлаждения?
Система охлаждения – это комплекс устройств, поддерживающий необходимую температуру металла лопаток турбины.Ход событий:
- специалисты подобрали оптимальную конструкцию системы подвода воздуха,
- она обеспечивает лучшее охлаждение рабочей лопатки;
- далее исследователи создали расчетную модель турбины высокого давления,
- с ее помощью изучали, как изменение геометрии системы подвода охлаждающего воздуха повлияет на его температуру и тепловое состояние лопатки.
ПНИПУ
Кроме того, большое значение в конструкции имеет угол поворота отверстий в дефлекторе, радиус скругления кромок данных отверстий.Роль играет и расстояние между отверстиями и аппаратом закрутки.
Дефлектор предназначен для дополнительной защиты диска турбины от воздействия горячих газов.
Через отверстия дефлектора проходит охлажденный воздух на рабочие лопатки.
Тезисы аспиранта кафедры Авиационные двигатели ПНИПУ С. Швалева:
- для снижения температуры охлаждающего воздуха в системе охлаждения используется аппарат закрутки;
- после него поток воздуха проходит через отверстия в дефлекторе, где происходят гидравлические потери и снижение предварительной закрутки;
- важно сконструировать отверстия таким образом, чтобы воздух проходил через них безотрывно;
- мы поворачивали отверстия на различные углы в сторону вращения ротора;
- результаты показали, что поворот отверстий в дефлекторе позволяет снизить гидравлические потери охлаждающего воздуха и повысить расход воздуха в лопатку;
- это позволило снизить температуру входной кромки.
Кроме того, уменьшение камеры смешения дополнительно снижает давление в этой полости, что также снижает утечки воздуха в осевой зазор.
Доцент кафедры Авиационные двигатели ПНИПУ С. Сендюрев отметил:
- результаты расчетов подтвердили, что поворот отверстий в сторону вращения ротора обеспечивает:
- плавное перетекание воздуха через них,
- повышает давление на входе в лопатку,
- увеличивает гарантированный перепад между охлаждающим воздухом и газовым потоком,
- снижает температуру материала лопатки.
- улучшает параметры охлаждения;
- снижает температуру входной кромки лопатки турбины.
Ранее ученые из ПНИПУ разработали инновационную систему бездатчикового управления и наблюдения за параметрами работы электроцентробежных насосов, используемых для добычи нефти.
Автор: П. Паршинова
