Turbineblad
bij een constante drukverhouding neemt het thermische rendement van de motor toe naarmate de turbineinvoertemperatuur (Tet) toeneemt. Hoge temperaturen kunnen de turbine echter beschadigen, omdat de bladen onder grote centrifugale spanningen staan en materialen zwakker zijn bij hoge temperatuur. Dus, turbine blade koeling is essentieel. De huidige moderne turbineontwerpen werken met inlaattemperaturen hoger dan 1900 Kelvin, wat wordt bereikt door de turbinecomponenten actief te koelen.
koelmethoden
koeling van componenten kan worden bereikt door lucht-of vloeistofkoeling. Vloeistofkoeling lijkt aantrekkelijker vanwege de hoge specifieke warmtecapaciteit en de kans op verdampingskoeling, maar er kunnen lekkage, corrosie, verstikking en andere problemen optreden. dat werkt tegen deze methode. Aan de andere kant, luchtkoeling laat de ontladen lucht in de hoofdstroom zonder enig probleem. De hoeveelheid lucht die voor dit doel wordt vereist is 1-3% van de hoofdstroom en de bladtemperatuur kan met 200-300 °C worden verminderd. er zijn vele technieken van koeling die in gasturbinebladen worden gebruikt; convectie, film, transpiratiekoeling, het koelen effusie, speldvinkoeling enz. die vallen onder de categorieën interne en externe koeling. Hoewel alle methoden hun verschillen hebben, werken ze allemaal met behulp van koelere lucht (vaak bloedde uit de compressor) om warmte van de turbinebladen te verwijderen.
intern koelendedit
convectie koelendedit
het werkt door koellucht door interne passages in het blad te laten lopen. Warmte wordt overgedragen door geleiding door het blad, en vervolgens door convectie in de lucht stroomt binnen het blad. Een groot intern oppervlak is wenselijk voor deze methode, zodat de koeling paden hebben de neiging serpentijn en vol kleine vinnen. De inwendige doorgangen in het blad kunnen cirkelvormig of elliptisch van vorm zijn. Koeling wordt bereikt door het passeren van de lucht door deze passages van de naaf naar de bladpunt. Deze koellucht komt van een luchtcompressor. In het geval van een gasturbine is de buitenvloeistof relatief heet, die door de koelgang gaat en zich vermengt met de hoofdstroom aan de bladpunt.
invoer coolingEdit
een variatie van convectie koeling, impingement koeling, werkt door het raken van het binnenoppervlak van het blad met hoge snelheid lucht. Hierdoor kan meer warmte worden overgedragen door convectie dan reguliere convectiekoeling doet. Impingement koeling wordt gebruikt in de regio ‘ s met de grootste warmtebelasting. In het geval van turbinebladen, heeft de voorrand maximale temperatuur en dus warmtebelasting. In het midden van de vleugelvoet wordt ook koeling gebruikt. Messen zijn hol met een kern. Er zijn interne koeling doorgangen. Koellucht komt vanuit het voorrandgebied binnen en draait naar de achterrand.
extern coolingEdit
Film coolingEdit
Filmkoeling (ook wel dunne filmkoeling genoemd), een veel gebruikt type, zorgt voor een hogere koelefficiëntie dan convectie-en impingementkoeling. Deze techniek bestaat uit het pompen van de koellucht uit het blad door meerdere kleine gaatjes of sleuven in de structuur. Een dunne laag (de film) van koellucht wordt vervolgens gemaakt op het buitenoppervlak van het blad, waardoor de warmteoverdracht van de hoofdstroom, waarvan de temperatuur (1300-1800 kelvins) het smeltpunt van het blad materiaal (1300-1400 kelvins) kan overschrijden. Het vermogen van het filmkoelsysteem om het oppervlak te koelen wordt typisch geëvalueerd met behulp van een parameter genaamd koeleffectiviteit. Hogere koelefficiëntie (met maximale waarde van één) geeft aan dat de temperatuur van het bladmateriaal dichter bij de temperatuur van het koelmiddel ligt. Op plaatsen waar de bladtemperatuur de temperatuur van het hete gas benadert, nadert de koeleffectiviteit tot nul. De koelefficiëntie wordt voornamelijk beïnvloed door de koelvloeistofstroomparameters en de injectiegeometrie. De parameters van de koelvloeistofstroom omvatten de snelheid, de dichtheid, het blazen en het momentum, die worden berekend aan de hand van de eigenschappen van de koelvloeistof en de hoofdstroom. De parameters voor de injectiegeometrie bestaan uit de geometrie van gaten of sleuven (d.w.z. cilindrische, gevormde gaten of sleuven) en de inspuithoek. Een Amerikaanse luchtmacht programma in de vroege jaren 1970 gefinancierd de ontwikkeling van een turbine blad dat zowel film en Convectie gekoeld, en die methode is gebruikelijk geworden in de moderne turbinebladen.Het injecteren van de koeler bloeden in de stroom vermindert turbine isentropische efficiëntie; de compressie van de koellucht (die niet bijdraagt aan het vermogen van de motor) leidt tot een energetische straf; en het koelcircuit voegt aanzienlijke complexiteit aan de motor. Al deze factoren moeten worden gecompenseerd door de toename van de algemene prestaties (vermogen en efficiëntie) als gevolg van de toename van de turbine temperature.In de afgelopen jaren hebben onderzoekers voorgesteld om plasmaactuator te gebruiken voor filmkoeling. De filmkoeling van turbinebladen met behulp van een diëlektrische barrière ontlading plasma actuator werd voor het eerst voorgesteld door Roy en Wang. Een hoefijzervormige plasma-actuator, die in de buurt van gaten voor gasstroom is geplaatst, is aangetoond dat de filmkoelingseffectiviteit aanzienlijk verbetert. Naar aanleiding van het vorige onderzoek hebben recente rapporten met behulp van zowel experimentele als numerieke methoden het effect van koeling verbetering met 15% aangetoond met behulp van een plasma actuator.
koeling effusie edit
het blad oppervlak is gemaakt van poreus materiaal wat betekent dat een groot aantal kleine openingen op het oppervlak. Koellucht wordt door deze poreuze gaten geforceerd die een film of koelere grenslaag vormen. Daarnaast wordt een gelijkmatige koeling veroorzaakt door het uitstromen van het koelmiddel over het gehele bladoppervlak.
Pin fin coolingEdit
in de film met smalle achterrand wordt koeling gebruikt om de warmteoverdracht van het blad te verbeteren. Er is een reeks van pin vinnen op het blad oppervlak. Warmteoverdracht vindt plaats vanuit deze array en door de zijwanden. Als het koelmiddel met hoge snelheid over de vinnen stroomt, scheidt de stroming zich en wordt er een zog gevormd. Veel factoren dragen bij aan de warmteoverdrachtssnelheid, waaronder het type speldvin en de afstand tussen vinnen het belangrijkst zijn.
Transpiratiekoelingedit
dit is vergelijkbaar met filmkoeling in die zin dat het een dunne film van koellucht op het blad creëert, maar het is anders omdat lucht wordt “gelekt” door een poreuze schaal in plaats van geïnjecteerd door gaten. Dit type koeling is effectief bij hoge temperaturen omdat het gelijkmatig het hele blad met koele lucht bedekt. Transpiratiegekoelde bladen bestaan over het algemeen uit een stijve strut met een poreuze schaal. Lucht stroomt door interne kanalen van de strut en gaat dan door de poreuze schaal om het blad te koelen. Net als bij filmkoeling vermindert verhoogde koellucht de turbine-efficiëntie, daarom moet die daling worden gecompenseerd met verbeterde temperatuurprestaties.
