Глава 8 - Турбины ГТД

Для интенсификации теплообмена применены пристеночные ребра 7 (на внутренней поверхности наружных стенок) и 8 (на межполостных стенках-ребрах).

Количество радиальных каналов в рабочей лопатке может составлять от 3 до 7 с расходом охлаждающего воздуха от 0.7 до 3%. Для высокотемпературных турбин может быть выполнен дополнительный радиальный канал на входной кромке, из которого обеспечивается пленочное охлаждение входной кромки.

В отличие от вышеприведенной конструкции, на внутренних стенках-ребрах интенсификаторы теплообмена часто не выполняют, так как они и так являются относительно холодными и дополнительный отвод тепла от них к воздуху увеличивает температурные напряжения в поперечном сечении лопатки.

Типичная конструкция рабочей лопатки второй ступени ТВД приведена на Рис. 8.4.3_10.

Выпуск охлаждающего воздуха производится на корыто в пазы 1 перед выходной кромкой. Ножка лопатки 2 в основном повторяет форму профиля корневого сечения лопатки, что позволяет минимизировать массу. Под нижней полкой 3 выполнены два литейных выступа 4, на которые установлен демпфер 5.

Необходимой частью процесса разработки детальной конструкции охлаждаемых рабочих лопаток ТВД является оптимизация элементов конструкции методом конечных элементов на 3D-мо- дели в инженерных пакетах высокого уровня (ANSYS, NASTRAN, PATRAN). Целями оптимизации являются минимизация массы, отстройка от форм и частот потенциальных высокочастотных колебаний; обеспечение запаса по малоцикловой усталости (циклической долговечности). Ограни- чениями при этом являются:

-уровень механических напряжений в элементах лопатки и запасы прочности (которые должны быть обеспечены в пределах, установленных практикой проектирования и опытом эксплуатации);

-технологические возможности производства;

-себестоимость.

Такая оптимизация не является полной гарантией отсутствия дефектов в конструкции, так как точность определения граничных условий по тепловой, аэродинамической и динамической нагрузке, а также точность применяемых конечно-элемен- тных моделей никогда не бывает для этого достаточной. Однако только после такой оптимизации может быть радикально снижен риск разработки.

8.4.4 - Перечень использованной литературы

8.4.4.1RB211 engine improvements boost Boeing 747 performance. The Rolls-Royce Magazine, Number 25, June 1985.

8.4.4.2Dailey, G.M. Design and Calculation Issues. Aero-Thermal Performance of Internal Cooling Systems in Turbomachines. Lecture Series 2000-03. Von Karman Institute for Fluid Dynamics, 2000.

8.4.4.3Halila, E.E., Lenahan, D.T., Thomas, T.T. Energy Efficient Engine. High Pressure Turbine Test Hardware Detailed Design Report, NASA CR-167955, 1982.

483