Turbinblad
ved et konstant trykkforhold øker motorens termiske effektivitet etter hvert som turbinens inngangstemperatur (TET) øker. Høye temperaturer kan imidlertid skade turbinen, da bladene er under store sentrifugalspenninger og materialer er svakere ved høy temperatur. Så, turbin blad kjøling er viktig. Dagens moderne turbindesign opererer med innløpstemperaturer høyere enn 1900 kelvin, noe som oppnås ved aktivt å kjøle turbinkomponentene.
metoder for kjølingrediger
Kjøling av komponenter kan oppnås ved luft eller flytende kjøling. Væskekjøling synes å være mer attraktivt på grunn av høy spesifikk varmekapasitet og sjansene for fordamping kjøling, men det kan være lekkasje, korrosjon, kvelning og andre problemer. som virker mot denne metoden. På den annen side tillater luftkjøling utladet luft i hovedstrømmen uten problem. Mengden luft som kreves for dette formålet er 1-3% av hovedstrømmen, og bladtemperaturen kan reduseres med 200-300 °C. det er mange teknikker for kjøling som brukes i gasturbinblader; konveksjon, film, transpirasjonskjøling, kjøleeffusjon, pin fin kjøling etc. som faller under kategoriene intern og ekstern kjøling. Mens alle metoder har sine forskjeller, fungerer de alle ved å bruke kjøligere luft (ofte bløt fra kompressoren) for å fjerne varmen fra turbinbladene.
Intern kjølingrediger
Konveksjonskjølingrediger
det fungerer ved å sende kjøleluft gjennom passasjer internt til bladet. Varme overføres ved ledning gjennom bladet, og deretter ved konveksjon i luften som strømmer inn i bladet. Et stort indre overflateareal er ønskelig for denne metoden, så kjølebanene har en tendens til å være serpentin og full av små finner. De indre passasjer i bladet kan være sirkulær eller elliptisk i form. Kjøling oppnås ved å føre luften gjennom disse passasjene fra navet mot bladspissen. Denne kjøleluften kommer fra en luftkompressor. Ved gassturbin er væsken utenfor relativt varm som passerer gjennom kjølepassasjen og blander seg med hovedstrømmen på bladspissen.
Kjølingrediger
en variant av konveksjon kjøling, impingement kjøling, fungerer ved å treffe den indre overflaten av bladet med høy hastighet luft. Dette gjør at mer varme kan overføres ved konveksjon enn vanlig konveksjonskjøling gjør. Impingement kjøling brukes i områdene med størst varmebelastning. Ved turbinblader har forkanten maksimal temperatur og dermed varmebelastning. Impingement kjøling brukes også i midten akkord av vane. Bladene er hule med en kjerne. Det er interne kjølepassasjer. Kjøleluft kommer inn fra forkantområdet og vender mot bakkanten.
Ekstern kjølingrediger
filmkjølingrediger
Filmkjøling (også kalt tynnfilmkjøling), en mye brukt type, muliggjør høyere kjøleeffektivitet enn konveksjon og impingementkjøling. Denne teknikken består av å pumpe kjøleluften ut av bladet gjennom flere små hull eller spor i strukturen. Et tynt lag (filmen) av kjøleluft opprettes deretter på bladets ytre overflate, noe som reduserer varmeoverføringen fra hovedstrømmen, hvis temperatur (1300-1800 kelvins) kan overstige smeltepunktet til bladmaterialet (1300-1400 kelvins). Filmkjølesystemets evne til å avkjøle overflaten vurderes vanligvis ved hjelp av en parameter som kalles kjøleeffektivitet. Høyere kjøleeffektivitet (med maksimal verdi på en) indikerer at bladmaterialetemperaturen er nærmere kjølevæsketemperaturen. På steder der bladtemperaturen nærmer seg den varme gasstemperaturen, nærmer kjøleeffektiviteten til null. Kjøleeffektiviteten påvirkes hovedsakelig av kjølevæskestrømsparametrene og injeksjonsgeometrien. Kjølevæskestrømsparametere inkluderer hastighet, tetthet, blåsing og momentumforhold som beregnes ved hjelp av kjølevæske og vanlige strømningsegenskaper. Injeksjonsgeometriparametere består av hull-eller sporgeometri (dvs.sylindriske, formede hull eller spor) og injeksjonsvinkel. Et United States Air Force-program tidlig på 1970-tallet finansierte utviklingen av et turbinblad som var både film-og konveksjonskjølt, og denne metoden har blitt vanlig i moderne turbinblader.Injisering av kjøleren blø inn i strømmen reduserer turbinen isentropisk effektivitet; komprimering av kjøleluften (som ikke bidrar strøm til motoren) pådrar seg en energisk straff; og kjølekretsen legger betydelig kompleksitet til motoren. Alle disse faktorene må kompenseres av økningen i total ytelse (kraft og effektivitet) tillatt av økningen i turbin temperature.In de siste årene har forskere foreslått å bruke plasmaaktuator for filmkjøling. Filmkjøling av turbinblader ved bruk av en dielektrisk barriereutladning plasma aktuator ble først foreslått Av Roy og Wang. En hesteskoformet plasmaaktuator, som er satt i nærheten av hull for gasstrøm, har vist seg å forbedre filmkjølingseffektiviteten betydelig. Etter tidligere forskning viste nyere rapporter ved hjelp av både eksperimentelle og numeriske metoder effekten av kjøleforbedring med 15% ved bruk av en plasmaaktuator.
kjøleeffektrediger
bladoverflaten er laget av porøst materiale som betyr å ha et stort antall små åpninger på overflaten. Kjøleluft presses gjennom disse porøse hullene som danner et film-eller kjølergrenselag. I tillegg til dette uniform kjøling er forårsaket av effusjon av kjølevæske over hele bladet overflaten.
pin fin coolingEdit
i den smale bakkanten film kjøling brukes til å forbedre varmeoverføring fra bladet. Det er en rekke pin finner på bladet overflaten. Varmeoverføring foregår fra denne gruppen og gjennom sideveggene. Når kjølevæsken strømmer over finnene med høy hastighet, separerer strømmen og våkner dannes. Mange faktorer bidrar til varmeoverføringshastighet, blant annet typen pinfinne og avstanden mellom finner er den viktigste.
transpirasjonskjølingrediger
dette ligner filmkjøling ved at den skaper en tynn film av kjøleluft på bladet, men det er annerledes ved at luften “lekkes” gjennom et porøst skall i stedet for injisert gjennom hull. Denne typen kjøling er effektiv ved høye temperaturer, da den jevnt dekker hele bladet med kald luft. Transpirasjonskjølte blader består vanligvis av en stiv stut med et porøst skall. Luft strømmer gjennom stutens indre kanaler og passerer deretter gjennom det porøse skallet for å avkjøle bladet. Som med filmkjøling reduserer økt kjøleluft turbineffektiviteten, derfor må reduksjonen balanseres med forbedret temperaturytelse.
