Lama turbinei
la un raport de presiune constantă, eficiența termică a motorului crește odată cu creșterea temperaturii de intrare a turbinei (Tet). Cu toate acestea, temperaturile ridicate pot deteriora turbina, deoarece lamele sunt supuse unor solicitări centrifuge mari, iar materialele sunt mai slabe la temperaturi ridicate. Deci, răcirea lamei turbinei este esențială. Proiectele actuale de turbine moderne funcționează cu temperaturi de intrare mai mari de 1900 kelvins, ceea ce se realizează prin răcirea activă a componentelor turbinei.
metode de răcire
răcirea componentelor poate fi realizată prin răcire cu aer sau lichid. Răcirea cu lichid pare a fi mai atractivă din cauza capacității de căldură specifice ridicate și a șanselor de răcire prin evaporare, dar pot exista scurgeri, coroziune, sufocare și alte probleme. care funcționează împotriva acestei metode. Pe de altă parte, răcirea cu aer permite aerului evacuat în fluxul principal fără nicio problemă. Cantitatea de aer necesară în acest scop este de 1-3% Din debitul principal, iar temperatura lamei poate fi redusă cu 200-300 C. Există multe tehnici de răcire utilizate în lamele turbinei cu gaz; convecție, film, răcire prin transpirație, efuziune de răcire, răcire cu aripioare etc. care se încadrează în categoriile de răcire internă și externă. În timp ce toate metodele au diferențele lor, toate funcționează folosind aer mai rece (adesea sângerat de la compresor) pentru a îndepărta căldura de la lamele turbinei.
răcire internăModificare
răcire prin convecție
funcționează prin trecerea aerului de răcire prin pasaje interne către lamă. Căldura este transferată prin conducție prin lamă și apoi prin convecție în aerul care curge în interiorul lamei. O suprafață internă mare este de dorit pentru această metodă, astfel încât căile de răcire tind să fie serpentine și pline de aripioare mici. Pasajele interne ale lamei pot avea o formă circulară sau eliptică. Răcirea se realizează prin trecerea aerului prin aceste pasaje de la butuc spre vârful lamei. Acest aer de răcire provine de la un compresor de aer. În cazul turbinei cu gaz, fluidul exterior este relativ fierbinte, care trece prin Pasajul de răcire și se amestecă cu fluxul principal la vârful lamei.
răcire cu impact
o variație a răcirii prin convecție, răcirea prin impingement, funcționează prin lovirea suprafeței interioare a lamei cu aer de mare viteză. Acest lucru permite transferul mai multor căldură prin convecție decât răcirea obișnuită prin convecție. Răcirea cu impact este utilizată în regiunile cu cele mai mari sarcini de căldură. În cazul paletelor turbinei, marginea anterioară are temperatura maximă și, prin urmare, sarcina termică. Răcirea cu Impingement este, de asemenea, utilizată în coarda mijlocie a paletei. Lamele sunt goale cu un miez. Există pasaje interne de răcire. Aerul de răcire intră din regiunea marginii anterioare și se întoarce spre marginea finală.
răcire externăModificare
răcire Filmămodificare
răcirea filmului (numită și răcire cu film subțire), un tip utilizat pe scară largă, permite o eficiență mai mare a răcirii decât răcirea prin convecție și impingement. Această tehnică constă în pomparea aerului de răcire din lamă prin mai multe găuri mici sau fante din structură. Un strat subțire (filmul) de aer de răcire este apoi creat pe suprafața exterioară a lamei, reducând transferul de căldură din fluxul principal, a cărui temperatură (1300-1800 kelvins) poate depăși punctul de topire al materialului lamei (1300-1400 kelvins). Capacitatea sistemului de răcire a filmului de a răci suprafața este de obicei evaluată folosind un parametru numit eficacitatea răcirii. Eficiența mai mare a răcirii (cu valoarea maximă de unu) indică faptul că temperatura materialului lamei este mai aproape de temperatura lichidului de răcire. În locațiile în care temperatura lamei se apropie de temperatura gazului fierbinte, eficacitatea răcirii se apropie de zero. Eficacitatea răcirii este afectată în principal de parametrii fluxului de lichid de răcire și de geometria injecției. Parametrii de curgere a lichidului de răcire includ viteza, densitatea, suflare și impuls raporturile care sunt calculate folosind lichidul de răcire și caracteristicile fluxului de masă. Parametrii geometriei injecției constau în geometria găurilor sau sloturilor (adică găuri sau fante cilindrice, în formă) și unghiul injecțiilor. Un program al Forțelor Aeriene ale Statelor Unite la începutul anilor 1970 a finanțat dezvoltarea unei lame de turbină care a fost răcită atât cu film, cât și cu convecție, iar această metodă a devenit obișnuită în lamele moderne ale turbinei.Injectarea sângerării răcitorului în flux reduce eficiența izentropică a turbinei; compresia aerului de răcire (care nu contribuie cu putere la motor) suportă o penalizare energetică; iar circuitul de răcire adaugă o complexitate considerabilă motorului. Toți acești factori trebuie compensați de creșterea performanței generale (putere și eficiență) permisă de creșterea turbinei temperature.In în ultimii ani, cercetătorii au sugerat utilizarea actuatorului cu plasmă pentru răcirea filmului. Răcirea peliculei palelor turbinei prin utilizarea unui actuator cu plasmă cu descărcare a barierei dielectrice a fost propusă pentru prima dată de Roy și Wang. S-a demonstrat că un actuator cu plasmă în formă de potcoavă, care este amplasat în vecinătatea găurilor pentru fluxul de gaz, îmbunătățește semnificativ eficacitatea răcirii filmului. În urma cercetărilor anterioare, rapoartele recente care utilizează atât metode experimentale, cât și metode numerice au demonstrat efectul îmbunătățirii răcirii cu 15% folosind un actuator cu plasmă.
efuziune de răcire
suprafața lamei este realizată din material poros, ceea ce înseamnă că are un număr mare de orificii mici pe suprafață. Aerul de răcire este forțat prin aceste găuri poroase care formează un film sau un strat limită mai rece. În afară de această răcire uniformă este cauzată de revărsarea lichidului de răcire pe întreaga suprafață a lamei.
pin fin coolingEdit
în Trailing marginea îngustă de răcire de film este utilizat pentru a spori transferul de căldură de la lama. Există o serie de aripioare de pini pe suprafața lamei. Transferul de căldură are loc din această matrice și prin pereții laterali. Pe măsură ce lichidul de răcire curge peste aripioare cu viteză mare, fluxul se separă și se trezește. Mulți factori contribuie la rata de transfer de căldură printre care tipul de pin fin și distanța dintre aripioare sunt cele mai semnificative.
răcire prin Transpirațieedit
acest lucru este similar cu răcirea filmului prin faptul că creează o peliculă subțire de aer de răcire pe lamă, dar este diferit prin faptul că aerul este “scurs” printr-o coajă poroasă, mai degrabă decât injectat prin găuri. Acest tip de răcire este eficient la temperaturi ridicate, deoarece acoperă uniform întreaga lamă cu aer rece. Lamele răcite prin transpirație constau, în general, dintr-o structură rigidă cu o carcasă poroasă. Aerul curge prin canalele interne ale strutului și apoi trece prin carcasa poroasă pentru a răci lama. Ca și în cazul răcirii filmului, creșterea aerului de răcire scade eficiența turbinei, prin urmare această scădere trebuie echilibrată cu performanțe îmbunătățite ale temperaturii.
