Turbiinin lapa
vakiopainesuhteessa Moottorin lämpöhyötysuhde kasvaa turbiinin sisääntulolämpötilan (TET) noustessa. Korkeat lämpötilat voivat kuitenkin vahingoittaa turbiinia, sillä lavat ovat suurissa keskipakoisjännityksissä ja materiaalit ovat heikompia korkeassa lämpötilassa. Turbiinin lapojen jäähdytys on siis välttämätöntä. Nykyiset nykyaikaiset turbiinimallit toimivat yli 1900 kelvinin sisääntulolämpötiloilla, mikä saavutetaan jäähdyttämällä aktiivisesti turbiinin osia.
jäähdyttämismenetelmät
komponenttien jäähdytys voidaan toteuttaa ilma-tai nestejäähdytyksellä. Nestejäähdytys näyttää olevan houkuttelevampi korkean ominaislämpökapasiteetin ja haihtumisjäähdytyksen mahdollisuuden vuoksi, mutta vuotoja, korroosiota, tukehtumista ja muita ongelmia voi esiintyä. joka toimii tätä menetelmää vastaan. Toisaalta ilmajäähdytys päästää puretun ilman päävirtaukseen ongelmitta. Tähän tarkoitukseen tarvittavan ilman määrä on 1-3% päävirtauksesta ja terän lämpötilaa voidaan vähentää 200-300 °C. kaasuturbiinien lapoissa käytetään monia jäähdytysmenetelmiä; konvektio, kalvo, hikoilujäähdytys, jäähdytyseffuusio, tappijäähdytys jne. jotka kuuluvat sisäisen ja Ulkoisen jäähdytyksen luokkiin. Vaikka kaikilla menetelmillä on eroavaisuutensa, ne kaikki toimivat käyttämällä viileämpää ilmaa (joka usein vuotaa kompressorista) lämmön poistamiseksi turbiinin lapoista.
Sisäjäähdytysedit
Konvektiojäähdytysedit
se toimii syöttämällä jäähdytysilmaa terän sisäisistä käytävistä. Lämpö siirtyy johtumalla terän läpi ja sitten konvektiolla terän sisällä virtaavaan ilmaan. Suuri sisäpinta-ala on toivottavaa tässä menetelmässä, joten jäähdytyspolut ovat yleensä kiemurtelevia ja täynnä pieniä eviä. Terän sisäreunat voivat olla muodoltaan pyöreitä tai elliptisiä. Jäähdytys saadaan aikaan kuljettamalla ilma näiden väylien läpi navasta kohti terän kärkeä. Jäähdytysilma tulee ilmakompressorista. Kaasuturbiinin tapauksessa ulkona oleva neste on suhteellisen kuumaa, joka kulkee jäähdytysväylän läpi ja sekoittuu terän kärjessä olevaan päävirtaan.
Impingement coolingEdit
konvektiojäähdytyksen muunnelma, impingement-jäähdytys, toimii iskemällä terän sisäpintaan suurella nopeudella ilmaa. Näin lämpöä voidaan siirtää konvektiolla enemmän kuin tavallisessa konvektiojäähdytyksessä. Impingement-jäähdytystä käytetään alueilla, joilla on suurin lämpökuorma. Turbiinin lapojen tapauksessa etureunassa on maksimilämpötila ja siten lämpökuorma. Juoksutusjäähdytystä käytetään myös Siiven keskisoinnussa. Terät ovat onttoja ytimeltään. Siellä on sisäisiä jäähdytysväyliä. Jäähdytysilma tulee etureunan alueelta ja kääntyy kohti takareunaa.
ulkoinen viilennysedit
Kalvojäähdytysedit
Kalvojäähdytys (jota kutsutaan myös ohutkalvojäähdytykseksi), laajalti käytetty tyyppi, mahdollistaa suuremman jäähdytyksen tehokkuuden kuin joko konvektio-ja juoksutusjäähdytys. Tämä tekniikka koostuu jäähdytysilman pumppaamisesta ulos terästä useiden pienten reikien tai aukkojen kautta rakenteessa. Terän ulkopinnalle syntyy ohut kerros jäähdytysilmaa (kalvo), joka vähentää lämmönsiirtoa päävirtauksesta, jonka lämpötila (1300-1800 kelviniä) voi ylittää terän materiaalin sulamispisteen (1300-1400 kelviniä). Kalvojäähdytysjärjestelmän kykyä jäähdyttää pintaa arvioidaan tyypillisesti jäähdyttämisen tehokkuudeksi kutsutun parametrin avulla. Suurempi jäähdytysteho (maksimiarvo yksi) osoittaa, että terän materiaalin lämpötila on lähempänä jäähdytysnesteen lämpötilaa. Paikoissa, joissa terän lämpötila lähestyy kuuman kaasun lämpötilaa, jäähdytysteho lähestyy nollaa. Jäähdytyksen tehokkuuteen vaikuttavat lähinnä jäähdytysnesteen virtausparametrit ja ruiskutusgeometria. Jäähdytysnesteen virtausparametreihin kuuluvat nopeus -, tiheys -, puhallus-ja liikemomenttisuhteet, jotka lasketaan jäähdytysnesteen ja valtavirran virtausominaisuuksien avulla. Ruiskutusgeometrian parametrit koostuvat reikä-tai rakogeometriasta (eli lieriömäisistä, muotoilluista rei ‘ istä tai raoista) ja injektiokulmasta. Yhdysvaltain ilmavoimien ohjelma 1970-luvun alussa rahoitti sekä filmi-että konvektiojäähdytteisen turbiinisiiven kehittämistä, ja menetelmä on yleistynyt nykyaikaisissa turbiinisiivissä.Jäähdyttimen vuodon ruiskuttaminen virtaukseen vähentää turbiinin isentrooppista tehokkuutta; jäähdytysilman puristus (joka ei lisää moottorin tehoa) aiheuttaa energeettisen rangaistuksen; ja jäähdytyspiiri lisää moottorin huomattavaa monimutkaisuutta. Kaikki nämä tekijät on kompensoitava turbiinin lisäämisen mahdollistamalla kokonaistehon (tehon ja tehokkuuden) nousulla temperature.In viime vuosina tutkijat ovat ehdottaneet plasmatoimilaitteen käyttämistä filmin jäähdytykseen. Turbiinin lapojen kalvojäähdytystä dielektrisen esteen purkuplasmatoimilaitteen avulla ehdottivat ensimmäisenä Roy ja Wang. Hevosenkengän muotoisen plasmatoimilaitteen, joka on asetettu reikien läheisyyteen kaasuvirtausta varten, on osoitettu parantavan kalvon jäähdytyksen tehokkuutta merkittävästi. Edellisen tutkimuksen jälkeen viimeaikaiset raportit, joissa käytettiin sekä kokeellisia että numeerisia menetelmiä, osoittivat jäähdytyksen tehostumisen 15%: lla plasmatoimilaitteella.
jäähdytys effusionEdit
terän pinta on valmistettu huokoisesta materiaalista, mikä tarkoittaa sitä, että pinnalla on suuri määrä pieniä aukkoja. Jäähdytysilma pakotetaan näiden huokoisten reikien läpi, joka muodostaa kalvon tai viileämmän rajakerroksen. Tämän lisäksi tasaisen jäähdytyksen aiheuttaa jäähdytysnesteen effuusio koko terän pinnalle.
Nastarengasjäähdytysedit
kapeassa takareunaisessa kalvojäähdytystä käytetään tehostamaan lämmönsiirtoa terästä. Terän pinnalla on joukko nuppineuloja. Lämmönsiirto tapahtuu tästä array ja sivuseinien läpi. Kun jäähdytysneste virtaa evien poikki suurella nopeudella, virtaus erkanee ja herää. Lämmönsiirtonopeuteen vaikuttavat monet tekijät, joista nuppineulan tyyppi ja evien väli ovat merkittävimmät.
Transpiration coolingEdit
tämä muistuttaa kalvojäähdytystä siinä mielessä, että se luo terään ohuen kalvon jäähdytysilmaa, mutta se eroaa siinä, että ilma “vuotaa” huokoisen kuoren läpi eikä ruiskuta reikien läpi. Tämäntyyppinen jäähdytys on tehokas korkeissa lämpötiloissa, koska se peittää tasaisesti koko terän viileällä ilmalla. Transpiraatiojäähdytteiset terät koostuvat yleensä jäykästä jalasta, jossa on huokoinen kuori. Ilma virtaa tukin sisäkanavien läpi ja kulkee sitten huokoisen kuoren läpi terän jäähdyttämiseksi. Kuten kalvojäähdytyksessä, jäähdytysilman lisääntyminen vähentää turbiinin hyötysuhdetta, joten tätä laskua on tasapainotettava parantuneella lämpötilakuormituksella.
