Реферат: Зменшення радіальної нерівномірності температурних полів у дисках роторів ГТД дискобарабанної конструкції

а

б в

Рис. 5. Варіанти конструкцій екранів з ежекторними каналами: а — диск, екранований повністю; б — екрановано полотно диска, на периферії екрану є ряд отворів; в — екранована маточина і 2/3 полотна диска

Температурний стан дисків з дослідженими варіантами конструкцій показаний на рис. 6. Як видно з графіка, найменший перепад температури по радіусу диска має повністю екранований диск з ежекторними каналами, розташованими в кільцевому зазорі під маточиною диска.

Рис. 6. Температурний стан диску з ежекторними пристроями у стаціонарних умовах теплообміну: 1 — ежекторні пристрої з довгими трубками; 2 — ежекторні пристрої з трубками середньої довжини; 3 — повне екранування диску з ежекторними каналами; 4 — при наявності в екрані отворів; 5 — екранування маточини і 2/3 полотна диска; 6 — без пристроїв в порожнині ротору.

Установлено, що збільшення ступеня екранування дозволяє збільшити розігрів маточинної частини диска за рахунок більшого відводу тепла з периферії міждискової порожнини від проставочних кілець; при збільшенні швидкості осьового потоку охолоджуючого повітря збільшується відструмлення гарячого повітря за допомогою ежектування, що приводить до більшого розігріву маточини диска.

Результати експериментального дослідження впливу витрати осьового потоку охолоджуючого повітря на відносний перепад по радіусу диска показані на рис. 7.Як видно з графіка, відносний перепад температур по радіусу цілком екранованого диска змінюється пропорційно зміні витрати охолоджуючого повітря. Тут t *_мах , t _мах – температура полотнини на максимальному радіусі диска при відсутності і наявності ежекторних пристроїв у порожнині ротора, °С; t*_min , t _min – температура на мінімальному радіусі маточини диска при відсутності і наявності ежекторних пристроїв у порожнині ротора, °С.

Рис. 7. Відносний перепад температур по радіусу диска:

1-3 — повнеекранування диска; 4-6 — при наявності в екрані отворів; 7-9 —ежекторні пристрої з довгими трубками; 10-12 — ежекторні пристрої з трубками середньої довжини; 13-15 – екранування маточини і 2/3 полотна диска; 16 — без пристроїв у порожнині ротора; 1, 4, 7, 10, 13 — витрату охолоджуючого повітря прийнято за 100%; 2, 5, 8, 11, 14 — витрату охолоджуючого повітря зменшено на 15%; 3, 6, 9, 12, 15 — витрату охолоджуючого повітря зменшено на 30%.

З метою перевірки працездатності ежекторних каналів в умовах роботи реального ГТД, були виконані візуальні дослідження. Робоча ділянка експериментальної установки являє собою прозорий канал квадратного перетину, що містить дві міждискові порожнини з осьовим плином охолоджувача (рис. 8). Як охолоджувач використовувалася дистильована вода, що дозволило одержати окружні й осьові числа Рейнольдса того ж порядку, що й у реальних двигунах. Робота ежекторного пристрою визначалася візуально по надходженню з каналу струменеві води, підфарбованій тушшю (рис. 9). Фотозйомка обертового ротора робочої ділянки велася при стробоскопичном висвітленні робочої ділянки імпульсними лампами.

Досвіди, у яких спостерігалася усталена робота ежектора, виконані при кутовій швидкості обертання = 73,7 с^-1 і температурі води 298 К. Аналіз на основі теорії гідродинамічної подоби показує, що окружне й осьове числа Рейнольдса для умов експерименту відповідають більш 1,8×10⁴ хв^-1 ротора реального двигуна при швидкості охолоджуючого повітря в каналі під маточиною диска 35,6 м/с.

Рис. 8. Робоча ділянка експериментальної установки для візуализації роботи ежекторного каналу: 1 — отвори для подачи води до робочої ділянки; 2 — канали для подачи туші; 3 — ежекторні канали; 4 — електронагрівач; 5 — оглядові вікна для спостереження у площині обертання.

Виконана оцінка дозволяє зробити висновок, що працездатність ежекторних пристроїв зберігається при частотах обертання і витратах охолоджуючого повітря сучасних і перспективних ГТД.

У четвертому розділі на основі виконаних експериментальних досліджень отримані залежності для розрахунку розподілу температур по радіусу неекранованих дисків і екранованих дисків з ежекторними каналами. Приведено формули для розрахунку температури охолоджуючого повітря з урахуванням підігріву при транспортуванні його через внутрішні порожнини ротора. Безрозмірна температура на середньому радіусі i- ої розрахункової ділянки змінюється по залежності

, (1)

де ; — температура i- ої розрахункової ділянки диска; — температура охолоджуючого повітря під маточиною диска, °С;t_max — температура газу в проточній частині, для осьового компресора визначається по ступені підвищення тиску повітря в даній ступені, °С;r — середній радіус розрахункової ділянки, м; — зовнішній радіус диска, м.

Величина показника степеня m для i- ої ділянки неекранованого диска визначається за формулою

, (2)

де , — коефіцієнт температурного розширення повітря, К^-1 , ; коефіцієнт С і показники ступеня x , y визначені за досвідченими даними для кожної розрахункової ділянки диска.

Залежність (1) може бути представлена у вигляді

, (3)