USD 93.4419

0

EUR 99.7264

0

Brent 89.74

-0.41

Природный газ 1.751

-0.02

3 мин
...

Пермские ученые улучшили систему охлаждения элементов ГТД

Новое поколение турбин отличается улучшенными характеристиками двигателя.

Пермские ученые улучшили систему охлаждения элементов ГТД

Источник: ПНИПУ

Москва, 1 фев - ИА Neftegaz.RU.Специалисты из Пермского Политеха (ПНИПУ) улучшили систему охлаждения элементов газотурбинного двигателя (ГТД).
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.
В среде горячего газа рабочие лопатки подвергаются огромным нагрузкам, после чего снижается их прочность и долговечность.
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:
Газотурбинные установки (ГТУ) широко применяются на электростанциях в качестве источника энергии.

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.
Также важно обеспечить гарантированный перепад между охлаждающим воздухом и газом, иначе будет затекание последнего во внутренние полости рабочей лопатки.
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.
Схема системы подвода воздуха к рабочей лопатке турбины и варианты изменения геометрии.png
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.
Интересно, что дополнительное смещение отверстий дефлектора к аппарату закрутки еще улучшило охлаждение рабочей лопатки.
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.
Комбинированный вариант:
  • улучшает параметры охлаждения;
  • снижает температуру входной кромки лопатки турбины.
Модификация системы подвода воздуха позволяет эффективно охлаждать рабочие лопатки газотурбинной установки, сохраняя так прочность и долговечность их работы.

Ранее ученые из ПНИПУ разработали инновационную систему бездатчикового управления и наблюдения за параметрами работы электроцентробежных насосов, используемых для добычи нефти.

Автор: П. Паршинова


Новости СМИ2




Подписывайтесь на канал Neftegaz.RU в Telegram