Осмотр нагруженных деталей в процессе экспл-ции

Простота ремонта. Это важно потому, что стоимость 25% от стоимости дв-ля.

Применяемые материалы.

Рабочие лопатки изгот-ют из выс/кач-ных жаропрочных сплавов в осн-ном на никелевой основе и более дешевых сплавов на железной основе.

Для неохлаж-мых рабочих лопаток, работающих при выс-х Т⁰ _г ≤1100⁰К ограни-чивается жаропрочным сплавом ЭИ431Е, при Т⁰ _г ≤1200⁰К—сплавами ЭИ827 и ЭИ867, при Т⁰ _г ≤1250⁰К – деформируемым сплавом ЖС6—КП или литейным сплавом ЖС—К.

Литейные сплавы ЖС3, ЖС6—К обладают меньшей пластичностью и усталост-ной прочностью, чувствительностью к концентрации напряжений и ударным нагрузкам. ПО жаропрочности и жаростойкости литейные сплавы имеют некот-ые преимущества п-д деформируемыми.

Литейные жаропрочные сплавы прим-ют для изгот-ния охлаждаемых лопаток, т.к.

в лопатке легче выполнить каналы для подвода охладителя.

Диски турбин раб-ющие при Т⁰ _гС≤650⁰С делают из стали ЭИ481, а диски турбин

раб-ющие при Т⁰ _гС ≥ 650⁰С делают из стали ЭШ3ТБ или ЭИ427А.

Корпусы турбин изг-ют из стали ЭИ417, Х18Н9Т, болты и гайки—из стали ЭИ388

Вал турбин изг-ют из стали 18ХНВА, 40ХНМА, хорошо работающих на усталость.

Газовая турбина предст-т собой лопаточную машину, где потенц-ная энергия сжа-

того и подогретого газа преобраз-ся в мех-кую работу на валу турбины. Газовая турб обладает качествами: выс-я экон-сть, большой мощности,малые габариты и масса,

удобство зкспл-ции.

На рис 9.1схема 3-хступенчатой осевой газовой турбины. Она сост из вращ-гося ротора А

и неподвижного статора В.

На рис 9.2 и 9.3 след-щие обозн-ния: сеч-е 0—0 на вх в СА, сеч-е 1—1 на вых из СА(на вх в РК) и сеч-е 2—2 на вых из РК.

Тема 15 Схема и принцип действия ступени газовой турбины (Кн1 стр141).

Состояние газа на вх в СА турбины характ-тся давл-ем р₀ и темпер-рой Т₀. Лопатки СА образуют криволинейные каналы, сужаюшиеся сеч-я 0—0 к сеч-ю 1—1. Течение газа на этом участке (см рис 9.2) сопровождается падением давл-я р₀ и темпер-ры Т₀ и соответст-вующим увел-ем ск-сти. Направление потока на вых из СА в осн-ном опред-тся напр-ем

выходных кромок лопаток и составляет с плоскостью вращ-я к-са угол α₁. В СА часть потенц-ной энергии газа преобр-ся в кинет-кую. Одновременно в рез-те поворота потока

обесп-ся его закрутка у вх в РК.

Относ-ная ск-сть w ₁ на вх в РК опред-ся из треугольника ск-стей, как разность векторов с₁ и u (см рис9.3). Величина и напр-ние относ –ной ск-сти w ₁ при заданных значениях ск-сти истечения газа из СА с₁ и угла вых α₁ зав-сят от окружной ск-сти u,

Чем меньше u, тем больше w ₁ и меньше β₁ и наоборот. От величины угла β₁ в свою очередь, зав-т форма рабочих лопаток, для предотвращения срыва потока в колесе. Лопатки РК обычно также образует сужающиеся каналы. Поэтому газ продолжает в них расширять-ся от давл-я р₁ до давл-я р₂. При этом относ-ная ск-сть дв-ния газа увел-ся от w ₁ на вх до w ₂ на вых, а Т _г падает от Т⁰ ₁ до Т⁰ ₂. Таким образом, течение газа ч-з СА происходит увел-ния абс-ной ск-сти(с) и в лопатки РК также ув-ся относ-ная ск-сть(w), а также сопровождается падением давл-я р₀ и темпер-ры Т₀ в обоих элементах.

При обтекании газом лопаток СА и РК вследствие поворота потока на вогнутой поверх-ти лопаток (корытца) образ-ся повыш-ное давл-е, а на выпуклой (спинке) – пониженное.

На рис 9.4 показан примерный характер распред-я давл-ий по контуру рабочей лопатки. Такое распред-ние давл-ий объясняется тем, что при повороте потока в канале частицы газа действует Ц/бежные силы, стремящиеся отбросить их к вогнутой части лопаток. Равнодейс-твующая сила давл-ий, действующих на поверхности лопаток, создает крутящий момент, приводящий РК во вращение.

Ск-сть газа в абсолютном движ-ии за РК с₂ определится как векторная сумма относ-ной ск-сти w ₂ и окруж-ой ск-сти u₂ (см рис9.3). Следует отметить, что ск-сть с₂ значительно мень-ше с₁. Умень-ние абсол-ной ск-сти газа в колесе при одновременном ум-нии давл-ия объяс-няется тем, что газ совершает внешнюю работу.

Треугольники ск-стей, построенные для сеч-ий 1—1 и 2—2, обычно совмещают на одном рис и наз-ют треугольникамиск-стей элементарной ступени турбины (рис 9.5).

Заметим, что осевая ск-сть газа в колесе может изменяться в зав-сти от выс лопаток и отношения плотностей на вх и навых. Она обычно увел-ся, но может оставаться постоянной или даже умен-ся. Т.К. газ в турбине расширяется и его плотность умен-ся, то в общем случае высота лопаток от ступени к ступени и в пределах ступени увел-ся (см рис 9.1).

Тема 16 Основные параметры ступени турбины (Кн1 стр147).

Ступень турбины прежде всего характ-тся своей геометрией. Основными геом-кими раз-мерами РК (рис9.7) явл-ся:

n D_т – нар-ный диам (по концам лопаток);

n D_вт – внутр-й диам (по основанию лопаток);

n D_ср – средний диам

D_ср = D_т + D_вт/2

Отношение D_вт и D_т принято называть относительным диам-ом d= D_вт/ D_т.

Втеории турб широко польз-ся понятием относ-ной длины лопаток h /D_ср, под кот-ой понимают отношение h к ср-му диам D_ср, Очевидно, что d и h /D_ср между собой связаны однозначно.

Относ-ная длина лопаток 1-ой ступени турб ТРД, ввиду достаточно плотности газа п-д турб-ой, не очень велика 1/6...1/12(d=0,70...0,85)

Относ-ная длина лопаток последней ступени турб, ввиду падения плотности газа при его расширении, существенно больше 1/5...1/4(d=0,65...0,6).

Выбор относ-ной длины лопаток непременно связан с величиной ск-сти турб. Окр-ная ск-сть (u) явл-сяосн-ным параметромтурб. Чем больше относ-ная длина лопатки, тем меньше должна быть окр-ная ск-сть из прочностных соображений. Для турб ГТД на ср-ем радиусе

измен-ся от u _ср= 270...370м/с до 450...500м/с.

Др-ми парам-ми турб явл-ся ск-сть с₀ газа на вх в СА первой ступении осевая ск-сть с_2а на вых из раб-х лопаток последней ступени, определяющая длину лопатокэтой ступени. Зна-чение с₀колеблется в пределах от 150 до 200м/с, а значение с_2а = 200...350м/с и более.

Помимо абсолютных значений параметров в теории турбин важное значение имеют относ-ные параметры ступени. К относ-ся:

1. Отнош-е давл-я п-д и за ступенью р^*₀ /р₂ = π_ст, называемое степенью расширения газа или степенью пониж-я давл-я. Для краткости мы будем называть ее перепадом

давл-я ступени. Ср-ее значение π_ст = 1,7...2,2

2. Степень реактивнос ступени. Под степ-ью реакт-сти понимают отнош-ие распола-

гаемого телплоперепада в колесе к располагаемому теплоперепаду в ступени,т.е.

ρ = H_к /H

Для авиа-х турб на среднем радиусе ρ = 0,3...0,4. Это означает, что 60...70% распо-логаемой энергии срабатывается на лопатках СА, а 30...40% на лопатках РК.

3. Коэффициент нагрузки ступени турб или коэф-нт мощности понимают отнош-ие эф-ной раб ступени к u², т.е.

µ_т = L_т / u².

Коэф-нт нагрузки харкт-ет нагружность ступени турбины при заданной ск-сти.

Для турб ТРД µ_т на ср-нем радиусе изм-ся в пределах 1,2...1,8.

Тема 17 Система охлаждения лопаток газовых турбин АД (Кн1 стр 187).

Развитие авиа-х ГТД идет по пути повыш-я t_г п-д турбиной, что позволяет увел-ть тягу (мощность) на каждый килогр в-ха и умен-ть массу дв-ля, а в сочетании с ростом степени повыш-я давл-я π_к^*(и степени 2хконтурности) уменьшить и удельный расход топлива.

В настоящее время на дв-лях повыш-я t_г п-д турбиной от1500К до 1800К. Увел-ние t_г ог-ранич-ся прочностью раб-х лопаток турбины. Для сохр-нии необ-мой надежностиработы элементов газовой турбины идет по двум напр-ниям;

- Повышение жаропрочности и жаростойкости материалов,

- Разработка керамических и спеченных материалов для турбинных лопаток, кото-рые не изменяют своихмеханических свойств при нагреве до 1550К. Однако их низкая пластичность, чувствительность к вибрациям, ударным нагрузкам и мест-ным концентрациям напряжений пока не позволяют их применять в дв-лях.

Наиболее важным направлением повыш-я t_г п-д турбиной явл-ся охлаждение сопловых и рабочих лопаток,а также других наиболее нагретых и нагруженных деталей турбины.

Система охл-ия турбинныхлопаток подразд-ся на откые и замкнутые.

В откр-тых сист-ах охладитель (в-х отбир-мый от компр-ра) исп-тся для отвода тепла от лопаток однократно, после чего выпускается в проточную часть турб (рис11.1).

Отрк-тые сист охлаж-ия сравнительно просты по конструкции и достаточно эф-ны, полу-чили распространение.

К недостаткам можно отнести большие затраты энергии на подготовку и подачу охлади-теля (в-х); ухудшение эф-сти сист возд-го охлаждения.

В замкнутых системах жидкий или газообразный теплоноситель циркулирует в замкну-том контуре, включающем внутренние полости лопаток и теплообменник (рис11.2). Отби-рая тепло от горячих лопаток, теплоноситель охл-ся в теплообменникепотоком относ-но хол-го в-ха или топливом. В качестве теплоносителя в таких сист-х могут исп-ться нейтр-

ные газы или жидкие теплоносители. Замкнутые сист-ы охл-ния обладают большей эф-стью охл-ния (меньше затраты на охл-ние и более глубокое охл-ние), но они более сложны по конструкции, менее надежны в экспл-ции и имеют большую массу.

Из всех известных сп-бов охл-ния лопаток газовых турбин сущес-ными преимуществами

(прежде всего, простотой и экспл-ной надежностью) обладает открытая сист воздушного охл-ния. Она наиболее распространенной и пока единственной практически осуществи-мой схемой охлаждения турбин АД. Одной из основных задач явл-ся повыш-ие интенсив-ности охлаж-я лопаток с целью снижения расх охлаждающего в-ха.

Три способа охл-ния турбинных лопаток:

· Путем конвективноготеплообмена;

· Пленочного (заградительного) охл-ия;

· Пористого охл-ия.

При конвективном охл-нии лопаток охл-щий в-х проходит по спец каналом внутри лопат-ки и выпус-ся в проточную часть турбины. Некот-рые сх-ы охл-ния раб-х лопаток показа-ны на рис 11.3 и 11.4

В зав-сти от характера движ-я охлаждающего в-ха вып-ются лопатки с прод-ми, попер-ми и смешанными охлаждающими каналами. На рис11.3 охлаждающий в-х вх-т со сторо-ны замковой части лопатки во все каналы и протекая по продольным каналам, выбрас-ся

радиальный зазор.

Достоинством продольной схемы охл-ния лопаток явл-ся простая технол-ия изгот-ния, эф-ность охл-ния высокая, однако неравном-сть темпер-рного поля по высоте и по профи-лю лопатки (разница Т⁰ _г до 200К)

Стремление к повышению эф-сти охл-ния и снижению неравном-сти темпер-рного поля лопатки привело к появлению петлевых схем (см рис 11.4,а), дефлекторных лопаток с по-перечным течением охладителя и развитой внутренней поверхности теплообмена, введе-нию оребрения входной и выходной кромок и лопаток

Наиболее эф-ным явл-ся пористое охл-ния. Лопатки с такими охл-нием (рис11.6) сост-т

из внутреннего несущего стержня 1 с профилированными ребрами и пористой оболочки 2

образующей профильную часть. Оболочка лопатки выполняется из проницаемых материа-лов (пористых, многослойных перфорированных, сеток). Ребра на стержне сл-т для покре-

пления оболочки и образуют продольные каналы, по которым проходит охлаждающий

в-з. Пористое охл-ние отлич-ся от пленочного более мелкими разм-ми отверстий (пор) и меньшей упорядоченностью их расположения. Сущность пористого охл-ния закл-ся в том, что в-х проходя ч-з мелкие отвер-я (поры или перфорации) в стенке лопатки, отбира-ет от него тепло и образует сплошной теплозащ-ный слой на ее наружной поверхности.

Наилучший результат пористой схемы охл-ния дает оболочка, выполненная из многослой-ного перфорированного материала(рис 11.7). При рацион-ном распол-нии отвер-стий в сло-ях материала повысит эф-сть охл-ния в 1,5…1,6 раза по сравнению с лопатками канальной констр-ий.

В закл-ние, при длительной экспл-ции дв-ля происх-т засорение пор оболочки твердыми частицами пыли и продуктов сгорания, что также ухудшает надежность раб сист охл-ния.

Шероховатая поверхность лопаток вызывает сниж-ие КПД турб.

Дата добавления: 2014-11-18