Ученые Пермского политеха придумали, как сделать процесс охлаждения лопаток в существующих или спроектированных системах газотурбинных двигателей более эффективным. Они поиграли с расположением и направлением охлаждающих отверстий — и выяснили, как снизить потери воздуха по дороге к лопаткам.
Газотурбинные установки используют для работы электростанций, в авиации и нефтегазовой промышленности. Топливный газ сжигается в камере сгорания и подается на турбину, которая, вращаясь, вырабатывает электричество и теплоэнергию. В преобразовании энергии движения потока горячего газа в механическую работу участвуют металлические лопатки на диске турбины. Чтобы они служили дольше, на них наносят теплозащитное покрытие и непрерывно охлаждают их воздухом. Так как мощность установок продолжает расти, существующих способов защиты лопаток становится недостаточно.
Специалисты создали цифровую модель турбины и изучили, как температура и состояние лопаток меняются в зависимости от конструкции системы подвода воздуха. Он выходит из отверстий в лопатках, создавая на них защитную «пленку». Внутрь лопаток охлажденный воздух попадает через отверстия в дефлекторе — специальном элементе вращающейся части турбины (ротора). Ученые выяснили, что большое значение имеют угол поворота отверстий и их расстояние между собой, но не на самих лопатках, а на дефлекторе, — и подобрали наилучшие для охлаждения параметры.
Второе, на что обратили внимание специалисты, — расстояние от отверстий дефлектора до аппарата закрутки — устройства, которое разгоняет охлаждающийся воздух и закручивает его в направлении вращения диска турбины. Ученые установили, что смещение отверстий к аппарату также улучшило охлаждение лопаток.
Политехники считают, что их цифровая модель поможет улучшить спроектированные системы подвода воздуха, когда возможности по изменению всей конструкции ограничены.
Оригинал статьи и другие материалы об энергетике читайте на сайте журнала «Энергия+».