Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Тепловые двигатели

Диссертационная работа:

Матушкин Антон Алексеевич. Конструктивное совершенствование системы плёночного охлаждения рабочих лопаток высокотемпературных турбин ГТД: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.07.05 / Матушкин Антон Алексеевич;[Место защиты: Московского авиационного института (национального исследовательского университета)].- Москва, 2012.- 18 с.

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность темы. Газовые турбины относятся к числу самых напряженных узлов конструкции ГТД, ограничивающих в большинстве случаев надежность двигателя и его ресурс. Повышение температуры газа перед турбиной является действенным фактором, способствующим снижению массы ВРД при заданном значении тяги или мощности. За длительный период проектирования ВРД отечественными и иностранными разработчиками максимальный уровень температур газа для двигателей новых поколений повысился до величин 1800...2200К. Наибольшую трудность представляет как обеспечение работоспособности конструкции турбины, при таких высоких значениях температур, так и надежности и ресурса сопловых и рабочих лопаток, особенно в турбине высокого давления. С учетом всего этого, для надежной работы и обеспечения ресурса средняя температура металла лопаток, при имеющихся материалах, не должна превышать 1000...1100С, при этом уровень максимально допустимых рабочих температур газа на входе в турбину непосредственно зависит от характеристик применяемого материала лопаток и эффективности системы охлаждения. Новые поколения охлаждаемых лопаток турбин проектируются на увеличенные значения температуры газа перед турбиной, поэтому без повышение интенсивности системы охлаждения лопаток и, в частности, системы плёночного охлаждения турбин, новые поколения двигателей быть созданы не могут

Объектом исследования в настоящей работе являются рабочие лопатки турбин высокого давления современных и перспективных авиационных ГТД, температура газа на входе которых равна 1700<Тг<1900 К с внутренним конвективным и наружным плёночным охлаждением профиля на его вогнутой стороне, а так же конструктивные элементы системы плёночного охлаждения наружных вогнутых поверхностей рабочих лопаток.. В работе рассмотрены форма и ориентация каналов (щели) плёночного охлаждения, оптимизированные с целью возможного повышения их эффективности.

Таким образом, цель данной работы состоит в следующем: разработка новых и совершенствование известных конструктивных способов повышения эффективности плёночного охлаждения наиболее горячих участков наружной поверхности рабочих лопаток ГТД, для снижения их температурных градиентов, увеличения надёжности и ресурса.

В рамках указанной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

  1. Определение влияния формы и ориентации охлаждающих каналов на эффективность образования защитной плёнки на наружной вогнутой поверхности лопатки.

  2. Разработка конструктивных мер по снижение температуры потока газа омывающего вогнутую часть поверхности лопатки.

Научную новизну работы составляют:

  1. Разработка методики проектирования формы, размеров и расположения щели, обеспечивающей эффективную защитную плёнку на вогнутой поверхности охлаждаемой лопатки.

  2. Разработка классификатора дискретных каналов плёночного охлаждения, отличающихся уровнем их эффективности.

Достоверность и обоснованность результатов исследования подтверждена данными модельных экспериментов, проведённых автором, а так же данными экспериментов взятыми из открытых источников, в том числе зарубежных.

Практическая ценность работы. Полученные результаты позволяют рекомендовать комбинированную систему охлаждения, состоящую из локальных отверстий малого диаметра, расположенных на входной кромке лопатки рабочего колеса турбины, а также на выпуклой поверхности профиля пера (при наличии такой необходимости), а также щели (щелей), располагаемых на вогнутой поверхности пера вдоль высоты лопатки, с целью снижения уровня градиентов температур между выпуклой и вогнутой стороной лопатки и повышения интенсивности охлаждения её вогнутой стороны, что позволяет на этапе проектирования создать лопатку с повышенной эффективностью, относительно плёночного охлаждения, реализуемого системой дискретных каналов, направляющих поток охлаждающего воздуха под углом к траектории горячего газа, обтекающего профиль пера охлаждаемой лопатки рабочего колеса ТВД. Систематизировано и рекомендовано к применению множество конструктивных форм комбинированных каналов цилиндрической формы, которые позволяют повысить эффективность охлаждения профильной части лопатки по сравнению с системой одиночных каналов, применяемых в настоящее время.

Использование результатов. Результаты работы могут использоваться в организациях, занимающихся проектированием авиационных ГТД при проектировании рабочих лопаток высокотемпературных турбин. Так же результаты

могут использоваться в учебном процессе, для профилирования турбинных решёток. В настоящее время результаты работы используются в научных исследованиях и учебном процессе кафедры конструкции и проектирования авиационных двигателей летательных аппаратов Московского авиационного института (национального исследовательского университета).

Апробация работы. Результаты диссертационной работы были доложены на молодёжная аэрокосмической школе 2009г. (г. Алушта, Украина), 8-й международной конференции "Авиация и космонавтика 2009" (г.Москва, Россия), X Всероссийской научно-технической конференции и школы молодых учёных, аспирантов и студентов "Научные исследования в области транспортных, авиационных и космических систем АКТ-2009" (г.Воронеж, Россия), заочной научно-технической конференции "Перспективные разработки в авиадвигателестроении, «климовские чтения" (г.Санкт-Петербург, Россия), 3-ей международной научно-техническая конференции "Авиадвигатели XXI века" (г.Москва, Россия). В результате работы было выполнено два гранта П678 и 14.740.11.1286.

Личный вклад автора. Автором проведены следующие работы:

1. Выполнены расчёты по истечению газа из каналов различной формы в
спутный поток и верификация получаемых результатов расчётов.

2. Разработаны математические модели рабочих лопаток с различными
системами плёночного охлаждения, включая новую модель с системой щелевого
охлаждения, где охлаждающий воздух выпускается на поверхность вогнутой части
пера лопатки параллельно основному потоку, обеспечивая тем самым повышенный
уровень эффективности охлаждения наружной поверхности лопатки и
дальнобойности защитной плёнки.

3. Проведена экспериментальная работа по проливкам лопаток с щелевым
охлаждением и применяемым в настоящее время плёночным охлаждением.

4. Выполнены 3D расчёты по взаимодействию струи охлаждающего воздуха со
спутным потоком газа обтекающим профильную часть лопаток с щелевым
охлаждением и плёночным охлаждением, осуществляемым через цилиндрические
каналы под углом к поверхности профиля.

Основные положения, выносимые на защиту:

- Методика проектирования щелей, расположенных на вогнутой стороне
профиля лопаток ТВД с высокой температурой газа перед турбиной 1700... 1800К без
теплообменника, снижающего температуру охлаждающего воздуха.

Конструкция и форма щели, выпускающей охлаждающий воздух на вогнутую поверхность лопатки параллельно стенки профиля

Результаты расчётов модели охлаждаемой лопатки с дискретными каналами, обеспечивающими струйное охлаждение и выпускающих охлаждающий воздух под углом к поверхности профиля и лопатки с щелевыми каналами, расположенными на вогнутой поверхности профиля и вдув охлаждающего воздуха в пограничный слой газа на поверхности лопатки.

Экспериментальные результаты проливки моделей лопатки с дискретными каналами, и лопаток с одной и двумя щелями, на её вогнутой поверхности, подтверждающими примерное равенство расходов через дискретные каналы и щель в выполненных конструкциях.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 8 работ, из них 2 в рекомендованных ВАК изданиях.

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, списка используемой литературы. Общий объём диссертации составляет 127 страницы. Библиографический список используемой литературы насчитывает 85 наименований.


© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net