Рассказываем, почему нужна система охлаждения лопаток турбины авиационных двигателей.
📓 Эффективность газотурбинного двигателя напрямую зависит от температуры газового потока, исходящего из камеры сгорания и вращающего турбину. Чем выше его температура, тем больше работа расширения газа в турбине и выше коэффициент полезного действия двигателя. Это значит, что лопатки турбины должны в течение длительного времени, не теряя прочности и формы, выдерживать экстремальные температуры — выше 2000 градусов Кельвина, что превышает температуру плавления материалов, используемых для изготовления лопаток.
В жаростойкие металлические сплавы, из которых отливаются турбинные лопатки, добавляют легирующие элементы. Среди них — вольфрам, кобальт, хром, молибден, редкие металлы рений, рутений и другие. Количество таких элементов может достигать 15.
🔴 Специалистами ОДК для защиты лопаток также применяются термобарьерные и износостойкие покрытия, в том числе керамические — они уменьшают проникновение тепла в тело лопатки и препятствуют газовой коррозии материалов. Однако эти методы не полностью защищают лопатки от перегрева, поэтому применяется система конвективно-пленочного охлаждения.
🔄 Хладагентом служит воздух, отобранный из-за ступеней компрессора и подающийся через систему охлаждения в проточную часть турбины. Поступая в лопатки турбины по каналам различного поперечного сечения, воздух охлаждает их при помощи конвекции. Затем через отверстия различной конфигурации (перфорация, щели) воздух выпускается на поверхность лопатки. Температура этого воздуха ниже, чем температура газового потока, воздействующего на лопатки турбины, поэтому воздух создает на поверхности заградительную пленку, которая защищает лопатку от горячего газового потока.
⚙️Лопатки — одни из самых сложных в проектировании и изготовлении деталей авиационных двигателей. На предприятиях ОДК лопатки производятся по самым современным технологиям. В следующем выпуске мы расскажем об одной из таких технологий — выращивании монокристаллических лопаток.
На фото: 1, 2 — лопатки ротора турбины. 3 — заготовка детали турбинной лопатки с охлаждающими отверстиями и каналами.
