Turbinalapát
állandó nyomásarány mellett a motor hőhatékonysága növekszik a turbina belépési hőmérsékletének (TET) növekedésével. A magas hőmérséklet azonban károsíthatja a turbinát, mivel a pengék nagy centrifugális igénybevételnek vannak kitéve, az anyagok pedig gyengébbek magas hőmérsékleten. Tehát a turbinalapát hűtése elengedhetetlen. A jelenlegi modern turbinakialakítások 1900 kelvinnél magasabb bemeneti hőmérsékleten működnek, amelyet a turbina alkatrészeinek aktív hűtésével érnek el.
hűtési módszerek
az alkatrészek hűtése levegő vagy folyadék hűtéssel érhető el. A folyadékhűtés vonzóbbnak tűnik a magas fajlagos hőkapacitás és a párolgási hűtés esélye miatt, de szivárgás, korrózió, fulladás és egyéb problémák merülhetnek fel. ami ellen működik ez a módszer. Másrészt a léghűtés problémamentesen lehetővé teszi a kibocsátott levegő bejutását a főáramba. Az ehhez szükséges levegő mennyisége a főáram 1-3% – A, és a penge hőmérséklete 200-300-mal csökkenthető.C. a gázturbina lapátokban számos hűtési technikát alkalmaznak; konvekció, film, transzpirációs hűtés, hűtőfolyadék, csapos fin hűtés stb. amelyek a belső és külső hűtés kategóriájába tartoznak. Bár minden módszernek megvan a maga különbsége, mindegyik úgy működik, hogy hűvösebb levegőt használ (gyakran a kompresszorból vérzik), hogy eltávolítsa a hőt a turbinalapátokról.
belső hűtésszerkesztés
konvekciós hűtésszerkesztés
úgy működik, hogy a hűtőlevegőt a penge belső járatain keresztül továbbítja. A hőt a pengén keresztül vezetik át, majd konvekcióval a penge belsejében áramló levegőbe. Ehhez a módszerhez nagy belső felület kívánatos, ezért a hűtési utak általában szerpentinesek és tele vannak kis uszonyokkal. A penge belső járatai kör alakúak vagy elliptikusak lehetnek. A hűtést úgy érjük el, hogy a levegőt ezeken a járatokon keresztül vezetjük át agy a penge csúcsa felé. Ez a hűtőlevegő egy kompresszorból származik. Gázturbina esetén a külső folyadék viszonylag forró, amely áthalad a hűtőjáraton, és keveredik a főárammal a penge csúcsán.
ütközéses hűtésszerkesztés
a konvekciós hűtés, az ütközéses hűtés változata úgy működik, hogy nagy sebességű levegővel üti a penge belső felületét. Ez lehetővé teszi, hogy több hőt továbbítson konvekcióval, mint a szokásos konvekciós hűtés. Az ütközéses hűtést a legnagyobb hőterhelésű régiókban használják. Turbinalapátok esetén az elülső él maximális hőmérsékletű, így hőterheléssel rendelkezik. Az ütközéses hűtést a lapát középső akkordjában is használják. A pengék üregesek egy maggal. Vannak belső hűtőjáratok. A hűtőlevegő belép az elülső éltartományból, és a hátsó él felé fordul.
külső hűtésszerkesztés
Filmhűtésszerkesztés
a széles körben használt Filmhűtés (más néven vékonyréteg-hűtés) nagyobb hűtési hatékonyságot tesz lehetővé, mint akár a konvekciós, akár az ütközéses hűtés. Ez a technika abból áll, hogy a hűtőlevegőt kiszivattyúzza a pengéből a szerkezet több kis lyukán vagy résén keresztül. Ezután egy vékony réteg (a film) hűtőlevegő jön létre a penge külső felületén, csökkentve a hőátadást a főáramból, amelynek hőmérséklete (1300-1800 Kelvin) meghaladhatja a penge anyagának olvadáspontját (1300-1400 Kelvin). A filmhűtő rendszer azon képességét, hogy lehűtse a felületet, általában a hűtési hatékonyság nevű paraméter segítségével értékelik. A nagyobb hűtési hatékonyság (legfeljebb egy értékkel) azt jelzi, hogy a penge anyagának hőmérséklete közelebb van a hűtőfolyadék hőmérsékletéhez. Olyan helyeken, ahol a penge hőmérséklete megközelíti a forró gáz hőmérsékletét, a hűtési hatékonyság nullához közelít. A hűtés hatékonyságát elsősorban a hűtőfolyadék áramlási paraméterei és a befecskendezés geometriája befolyásolja. A hűtőfolyadék áramlási paraméterei közé tartoznak a sebesség, sűrűség, fújás és lendület arányok, amelyeket a hűtőfolyadék és a főáram jellemzői alapján számítanak ki. A befecskendezési geometria paraméterei a furat-vagy résgeometriából (azaz hengeres alakú furatokból vagy résekből) és a befecskendezési szögből állnak. Az Egyesült Államok Légierejének egyik programja az 1970-es évek elején finanszírozta egy film-és konvekciós hűtésű turbinalapát kifejlesztését, és ez a módszer általánossá vált a modern turbinalapátokban.A hűtő légtelenítésének befecskendezése az áramlásba csökkenti a turbina izentropikus hatékonyságát; a hűtőlevegő összenyomása (amely nem járul hozzá a motor teljesítményéhez) energetikai büntetést von maga után; a hűtőkör pedig jelentős bonyolultságot kölcsönöz a motornak. Mindezeket a tényezőket kompenzálni kell a turbina növekedése által megengedett összteljesítmény (teljesítmény és hatékonyság) növekedésével temperature.In az elmúlt években a kutatók azt javasolták, hogy a plazma működtetőt használják a film hűtésére. A film hűtés turbinalapátok segítségével dielektromos gát mentesítés plazma működtető először javasolta Roy és Wang. Kimutatták, hogy egy patkó alakú plazmamozgató, amely a gázáramláshoz szükséges lyukak közelében van elhelyezve, jelentősen javítja a filmhűtés hatékonyságát. Az előző kutatást követően a legújabb jelentések mind kísérleti, mind numerikus módszerekkel igazolták a hűtés fokozásának hatását 15% – kal plazma működtető.
hűtési effúziószerkesztés
a penge felülete porózus anyagból készül, ami azt jelenti, hogy a felületen nagyszámú kis nyílás van. A hűtőlevegőt ezeken a porózus lyukakon keresztül kényszerítik, amely filmet vagy hűvösebb határréteget képez. Emellett az egyenletes hűtést a hűtőközeg folyadékgyülem okozza a penge teljes felületén.
Pin fin coolingEdit
a keskeny hátsó él film hűtés használják, hogy fokozza a hőátadást a penge. A penge felületén egy sor csapszeg található. A hőátadás ebből a tömbből és az oldalfalakon keresztül történik. Mivel a hűtőfolyadék nagy sebességgel áramlik át az uszonyokon, az áramlás elválik és felébred. Számos tényező járul hozzá a hőátadási sebességhez, amelyek közül a pin fin típusa és az uszonyok közötti távolság a legjelentősebb.
Transzpirációs coolingEdit
ez hasonló a filmhűtéshez, mivel vékony hűtőlevegő-fóliát hoz létre a pengén, de abban különbözik, hogy a levegő egy porózus héjon keresztül “szivárog”, nem pedig lyukakon keresztül. Ez a fajta hűtés magas hőmérsékleten hatékony, mivel egyenletesen lefedi az egész pengét hűvös levegővel. A transzpirációval hűtött pengék általában egy merev rugóstagból állnak, porózus héjjal. A levegő a rugóstag belső csatornáin keresztül áramlik, majd áthalad a porózus héjon, hogy lehűtse a pengét. A filmhűtéshez hasonlóan a megnövekedett hűtőlevegő is csökkenti a turbina hatékonyságát, ezért ezt a csökkenést a jobb hőmérsékleti teljesítménnyel kell kiegyensúlyozni.
