Turbineblad
ved et konstant trykforhold øges motorens termiske effektivitet, når turbineindgangstemperaturen (TET) stiger. Høje temperaturer kan dog beskadige turbinen, da knivene er under store centrifugalspændinger, og materialerne er svagere ved høj temperatur. Så turbinebladkøling er afgørende. Nuværende moderne turbinedesign fungerer med indløbstemperaturer højere end 1900 Kelvin, hvilket opnås ved aktivt at afkøle turbinekomponenterne.
metoder til afkølingrediger
køling af komponenter kan opnås ved luft-eller væskekøling. Væskekøling synes at være mere attraktiv på grund af høj specifik varmekapacitet og chancer for fordampningskøling, men der kan være lækage, korrosion, kvælning og andre problemer. hvilket virker imod denne metode. På den anden side tillader luftkøling den udledte luft i hovedstrømmen uden problemer. Mængden af luft, der kræves til dette formål, er 1-3% af hovedstrømmen, og bladtemperaturen kan reduceres med 200-300 liter C. Der er mange køleteknikker, der anvendes i gasturbineblade; konvektion, film, transpirationskøling, køleeffusion, pin fin køling osv. som falder ind under kategorierne intern og ekstern køling. Mens alle metoder har deres forskelle, fungerer de alle ved at bruge køligere luft (ofte blødet fra kompressoren) for at fjerne varme fra turbinebladene.
intern afkølingrediger
Konvektionskølingrediger
det virker ved at føre køleluft gennem passager internt til bladet. Varme overføres ved ledning gennem bladet og derefter ved konvektion i luften, der strømmer inde i bladet. Et stort indre overfladeareal er ønskeligt for denne metode, så kølebanerne har tendens til at være serpentine og fulde af små finner. De indre passager i bladet kan være cirkulære eller elliptiske i form. Køling opnås ved at føre luften gennem disse passager fra navet mod bladspidsen. Denne køleluft kommer fra en luftkompressor. I tilfælde af gasturbine er væsken udenfor relativt varm, som passerer gennem kølepassagen og blandes med hovedstrømmen ved bladspidsen.
Impingement coolingrediger
en variation af konvektionskøling, impingementkøling, fungerer ved at ramme bladets indre overflade med luft med høj hastighed. Dette gør det muligt at overføre mere varme ved konvektion end almindelig konvektionskøling gør. Impingement køling anvendes i områder med største varmebelastninger. I tilfælde af turbineblade har forkanten Maksimal temperatur og dermed varmebelastning. Impingement køling bruges også i midten akkord af vingen. Bladene er hule med en kerne. Der er interne kølepassager. Køleluft kommer ind fra forkantområdet og drejer mod bagkanten.
ekstern afkølingrediger
filmkølingrediger
Filmkøling (også kaldet tyndfilmkøling), en meget anvendt type, giver mulighed for højere køleeffektivitet end enten konvektion og impingementkøling. Denne teknik består i at pumpe køleluften ud af bladet gennem flere små huller eller slidser i strukturen. Et tyndt lag (filmen) af køleluft skabes derefter på bladets ydre overflade, hvilket reducerer varmeoverførslen fra hovedstrømmen, hvis temperatur (1300-1800 kelviner) kan overstige smeltepunktet for bladmaterialet (1300-1400 kelviner). Filmkølesystemets evne til at afkøle overfladen evalueres typisk ved hjælp af en parameter kaldet køleeffektivitet. Højere køleeffektivitet (med maksimal værdi på en) indikerer, at bladmaterialetemperaturen er tættere på kølevæsketemperaturen. På steder, hvor knivtemperaturen nærmer sig den varme gastemperatur, nærmer køleeffektiviteten sig nul. Køleeffektiviteten påvirkes hovedsageligt af kølevæskestrømsparametrene og injektionsgeometrien. Kølevæskestrømsparametre inkluderer hastighed, densitet, blæser og momentumforhold, der beregnes ved hjælp af kølevæskens og mainstream-strømningskarakteristika. Injektion geometri parametre består af hul eller slot geometri (dvs.cylindriske, formede huller eller slots) og injektioner vinkel. Et United States Air Force-program i begyndelsen af 1970 ‘ erne finansierede udviklingen af et turbineblad, der både var film-og konvektionskølet, og denne metode er blevet almindelig i moderne turbineblade.Indsprøjtning af kølerens udluftning i strømmen reducerer turbinens isentropiske effektivitet; kompressionen af køleluften (som ikke bidrager med strøm til motoren) medfører en energisk straf; og kølekredsløbet tilføjer motoren betydelig kompleksitet. Alle disse faktorer skal kompenseres af stigningen i den samlede ydelse (effekt og effektivitet) tilladt af stigningen i turbine temperature.In de seneste år har forskere foreslået at bruge plasma aktuator til filmkøling. Filmen køling af turbineblade ved hjælp af en dielektrisk barriere udledning plasma aktuator blev først foreslået af Roy og Vang. En hesteskoformet plasmaaktuator, der er indstillet i nærheden af huller til gasstrøm, har vist sig at forbedre filmkølingseffektiviteten markant. Efter den tidligere forskning viste nylige rapporter ved hjælp af både eksperimentelle og numeriske metoder effekten af køleforbedring med 15% ved hjælp af en plasmaaktuator.
køleeffekt
bladoverfladen er lavet af porøst materiale, hvilket betyder at have et stort antal små åbninger på overfladen. Køleluft tvinges gennem disse porøse huller, der danner et film eller køligere grænselag. Udover denne ensartede køling er forårsaget af effusion af kølemidlet over hele bladet overflade.
pin fin coolingEdit
i den smalle bagkant film køling bruges til at forbedre varmeoverførslen fra bladet. Der er en række pinfinner på bladoverfladen. Varmeoverførsel finder sted fra dette array og gennem sidevæggene. Når kølevæsken strømmer over finnerne med høj hastighed, adskilles strømmen og vågner dannes. Mange faktorer bidrager til varmeoverførselshastighed, blandt hvilke typen af pinfinne og afstanden mellem finner er den mest betydningsfulde.
Transpiration coolingEdit
dette svarer til filmkøling, idet det skaber en tynd film af køleluft på bladet, men det er anderledes, fordi luft “lækkes” gennem en porøs skal snarere end injiceres gennem huller. Denne type afkøling er effektiv ved høje temperaturer, da den ensartet dækker hele bladet med kølig luft. Transpirationskølede knive består generelt af en stiv stiver med en porøs skal. Luft strømmer gennem stiverens indre kanaler og passerer derefter gennem den porøse skal for at afkøle bladet. Som med filmkøling reducerer øget køleluft turbineeffektivitet, derfor skal dette fald afbalanceres med forbedret temperaturydelse.
