Разработка комплексного подхода к проектированию охлаждаемых высокотемпературных газовых турбин с целью снижения рисков и сроков разработки

• Автор: Поткин, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1 Высокотемпературные турбины, их рабочий процесс и анализ эффективности их охлаждения

1.1 Особенности рабочего процесса высокотемпературных турбин

1.2 Анализ существующих схем охлаждения рабочих колёс

высокотемпературных газовых турбин

1.3 Пути совершенствования систем охлаждения рабочих колёс

газовых турбин

Выводы по главе

Глава 2 Определение комплексного параметра, характеризующего

физические процессы, происходящие при работе ступени газовой турбины
2.1 Постановка задачи определения комплексного параметра
2.2 Выбор критериев и разработка комплексного параметра оценки
эффективности и работоспособности рабочего колеса охлаждаемой ступени газовой турбины
2.3 Анализ и обобщение результатов набора статистики по
комплексному параметру для различных схем подвода воздуха к рабочим колёсам
Выводы по главе
Глава 3 Экспериментальное исследование охлаждаемого рабочего колеса газовой турбины
3.1 Методика экспериментального исследования
3.2 Экспериментальная установка, её метрологическое обеспечение
и анализ погрешностей измерения
3.3 Проведение экспериментального исследования
3.4 Обработка результатов экспериментального исследования

3.5 Сопоставление результатов экспериментального исследования с результатами экспериментально-аналитического обобщения по
рабочим колесам ГТД различного назначения
Выводы по главе
Глава 4 Методика проектирования систем охлаждения рабочих колёс первой ступени газовых турбин с использованием комплексного параметра
4.1 Разработка методики проектирования
4.2 Апробация методики проектирования высокоэффективной системы охлаждения рабочего колеса первой ступени газовой турбины
с использованием комплексного параметра
4.3 Оценка эффективности применения методики при проектировании рабочих колёс турбины с использованием комплексного
параметра
Выводы по главе
Заключение
Список сокращений и условных обозначений
Список литературы
Приложение

Введение
Характерной особенностью развития газотурбинных двигателей (ГТД) является переход к более высоким параметрам рабочего тела для улучшения экономичности. Ресурс ГТД определяется в первую очередь ресурсом охлаждаемых рабочих лопаток турбины высокого давления. В связи с этим при создании современного ГТД необходимо уделять первоочередное внимание достижению высоких ресурсных показателей лопаток рабочего колеса турбины высокого давления с учетом обеспечения требований по необходимой газодинамической эффективности турбины.
Работа охлаждаемой турбинной ступени ГТД характеризуется показателями основных физических процессов, таких как газодинамика, гидравлика, теплообмен и прочность. Каждый из перечисленных процессов и характеристик в отдельности достаточно подробно изучен и исследован. Усовершенствованием методов проектирования охлаждаемых рабочих колёс занимались многие исследователи: Абианц В.Х. [1], Абрамович Г.Н. [2], Августинович В.Г. [3,4], Ануров Ю.М. [9-11], Ахмедзянов А.М. [12,13], Биргер И.А. [15 - 17], Богомолов Е.Н. [18-25], Дейч М.Е. [36], Ёмин О.Н. [39,40], Иноземцев A.A. [43], Копелев С.З. [44-48], Ку-тателадзе С.С. [54-57], Леонтьев А.И. [58], Локай В.И. [61,62], Михеев М.А. [65], Нагога Г.П. [68, 69], Пиотух С.М. [72-76], Пиралишвили Ш.А. [77-83], Скубачев-ский Г.С. [98], Халатов A.A. [101], Холщевников К.В. [102], Шлихтинг Г.М. [107,108], Шляхтенко С.М. [109,110], Щукин A.B. [Ill], Щукин В.К. [112]. Полученные ими результаты позволили разработать методы расчёта и оценки эффективности процессов газодинамики, теплообмена и прочности в охлаждаемых газовых турбинах при высоких температурах и давлениях рабочего тела. Вышеперечисленные процессы взаимосвязаны комплексно определяя работоспособность и эффективность работы рабочего колеса ступени турбины высокого давления ГТД. Совместный учет указанных характеристик системы охлаждения рабочего колеса турбины на этапе проектирования требует нескольких итераций газодина-

щиеся подходы конструктивного исполнения систем двигателя, в том числе и системы охлаждения турбины. Отличия данных подходов связаны, в первую очередь, с различными ресурсными показателями предъявляемыми в технических требованиях от заказчика того или иного ГТД.
В работе проведено разделение ГТД по следующим назначениям:
- ГТД промышленного и энергетического применения (П и ЭГТД);
- ГТД гражданской авиации и морского назначения (Гражд. и морск. назн.);
- ГТД военной авиации (Воен. авиация).
Перечень рабочих колёс первой ступени ТВД ГТД, по которым проводился анализ, представлен в таблице 2.1.
Таблица 2.1 - Перечень двигателей использованных при анализе
Назначение ГТД
Общее кол-во ГТД, шт.
Изделие
П и ЭГТД

ГТД-4РМ
ГТД-6,ЗРМ, 1 ст.
ГТД-ЮРМ, 1 ст.
ГТД-110, 1 ст.
ГТД-6РМ
Гражд. и морск. назн.
М75РУ
М70ФРУ, 1 ст.
Д30КП/КУ, 1 ст.
ПС-90А 1 ст.
БаМ-Нб
СБб-б

КВ
Воен. авиация
РД-600В (ТВД-1500), 1 ст.

АЛ-55И
изд. 20 ТВД
"Спей"
Изд. 117, ТВД