Совершенствование ступеней газовых турбин за счет применения сотовых уплотнений на основе экспериментальных исследований

• Автор: Шилин, Максим Андреевич
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Брянск
• Количество страниц: 127 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Совершенствование уплотнений в проточной части
турбомашин
1.1. Способы снижения потерь энергии от протечек рабочего тела
через уплотнения в проточной части
1.2. Процессы теплообмена в различных типах уплотнений
проточной части ГТД
1.3. Задачи исследований
Глава 2. Экспериментальное оборудование, методика проведения эксперимента
и обработки опытных данных, оценка погрешности измерений
2.1. Описание экспериментальной установки
2.1.1. Экспериментальный стенд для исследования гидравлического сопротивления и теплообмена
2.1.2. Экспериментальный стенд для исследования влияния подачи охлаждающего воздуха на гидравлическое сопротивление
и эффективность охлаждения
2.2. Система измерений
2.3. Методики проведения эксперимента
2.3.1. Методика проведения экспериментальных исследований гидравлического сопротивления и теплообмена
2.3.2. Методика проведения экспериментальных исследований влияния подачи охлаждающего воздуха на гидравлическое сопротивление и эффективность охлаждения поверхностей канала уплотнения
2.4. Экспериментальные модели для исследования гидравлического сопротивления и теплообмена в канале с сотовой структурой
2.5. Методики обработки экспериментальных данных
2.5.1. Методика обработки экспериментальных данных
при исследовании гидравлического сопротивления и теплообмена
2.5.2. Методика обработки экспериментальных данных при исследовании влияния подачи охлаждающего воздуха
на гидравлическое сопротивление и эффективность охлаждения
2.6. Оценка погрешности при проведении экспериментальных исследований
2.7. Апробация применяемой методики и экспериментального оборудования

Глава 3. Гидравлическое сопротивление и теплообмен в каналах с сотовой структурой
3.1. Зависимость гидравлического сопротивления в канале
с сотовой структурой от режима течения
3.2. Влияние геометрических параметров сотовой структуры и канала
на уровень интенсификации гидравлического сопротивления
3.2.1. Влияние относительной глубины сотовой структуры
на гидродинамическое сопротивление в канале
3.2.2. Влияние относительной высоты канала
3.3. Закон гидравлического сопротивления в канале
с сотовой структурой на одной из поверхностей
3.4. Влияние режима течения на теплообмен в канале с сотовой структурой
3.5. Влияние геометрических параметров сотовой структуры
на уровень интенсификации теплообмена в канале уплотнения
3.5.1 Влияние относительной глубины сотовой структуры
3.5.2 Влияние относительной высоты канала с сотовой структурой
3.6. Взаимное влияние противоположных поверхностей канала
с сотовой структурой
3.7. Закон теплообмена в канале с сотовой структурой на одной
из поверхностей
3.8. Эффекты интенсификации теплообмена и гидравлического сопротивления в канале с сотовой структурой
3.9. Энергетическая эффективность интенсификации теплообмена
при помощи сотовой структуры применительно к уплотнениям газовых турбин
3.10. Сопоставление эффективности интенсификации теплоотдачи в канале с сотовой структурой с эффективностью других способов интенсификации теплоотдачи
3.11. Экспериментальное исследование влияния подачи охлаждающего воздуха на гидравлическое сопротивление и эффективность охлаждения поверхностей
Глава 4. Практическая реализация результатов экспериментального
исследования
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
Утечки рабочего тела через радиальные зазоры в проточной части (ПЧ) оказывают первостепенное влияние на КПД газовых турбин (ГТ).
Одним из перспективных направлений развития турбостроения является повышение экономичности и надежности работы газотурбинной установки за счет сокращения потерь энергии, связанных с утечками рабочего тела через различные зазоры между неподвижными и вращающимися деталями агрегата, а также обеспечения необходимого температурного режима элементов ПЧ.
В процессе эксплуатации ГТ вследствие нерасчетных силовых воздействий на ротор и статор, термических расширений элементов ПЧ, а также износа, радиальные зазоры могут изменяться в значительных пределах. В авиа-двигателестроении и последних конструкциях стационарных турбин в уплотнениях широко применяют сотовую поверхность.
Использование сотовых уплотнений (СУ) в турбоустановках позволяет достичь определенного положительного эффекта за счет снижения утечек рабочего тела и повышения надежности работы уплотнения в случае касания элементов ротора и статора. Наилучший эффект может быть достигнут лишь при соблюдении оптимальных конструктивных параметров сотовой структуры (СС) и уплотнения в целом.
Сотовая поверхность также может быть использована для подачи в СУ охлаждающего воздуха (ОВ) с целью охлаждения его элементов и периферийной части рабочих лопаток. При этом существенное влияние на гидравлические характеристики уплотнения и эффективность охлаждения его поверхностей оказывают режим течения и конструктивные параметры СС. Поэтому исследование гидравлического сопротивления и теплообмена в СУ, а также эффективности охлаждения поверхностей канала уплотнения в случае подачи ОВ является актуальной задачей и представляет практический интерес.

поверхности статора.
Рисунок 1.21. Локальные коэффициенты те- Рисунок 1.22. Числа Нуссельта
плоотдачи на поверхности статора при тг=1,5 для статора
Вследствие изменения общего поля скоростей при наличии СС теплоотдача снижается также и на поверхности ротора, однако по сравнению с поверхностью статора это менее выражено (рисунок 1.23; 1.24).
Рисунок 1.23. Локальные коэффициенты Рисунок 1.24. Числа Нуссельта для ро-теплоотдачи на поверхности ротора при
Исследования различных вариантов организации охлаждающей газовой завесы ведутся достаточно давно [8]. Это свидетельствует об актуальности данного вопроса. В источнике [8] Е.Н. Богомоловым систематизирован значительный объем информации по вопросам аэродинамики и термодинамики процессов в охлаждаемых турбинах.
В работе В.Д. Венедиктова [19] рассмотрены газодинамические особенности течения потока в проточной части высокотемпературных охлаждаемых газовых турбин. Ряд рассмотренных вопросов представляет особый интерес, связанный с возможностью совершенствования систем вдува ОВ при использовании СС уплотнения.