Система охлаждения лопаток газовой турбины — это комплекс технологий, использующих отбираемый из компрессора холодный воздух для защиты лопаток от экстремальных температур, предотвращения их перегрева и повышения эффективности установки. Основные методы включают конвективное (по внутренним каналам) и пленочное (создание защитного слоя снаружи) охлаждение, а также более сложные техники, такие как вихревое, струйное (импактное) и транспирационное, а также применение микроканалов и инновационных материалов для интенсивного теплообмена. Система охлаждения лопаток газовой турбины — это часть общей системы, которая поддерживает оптимальные рабочие температуры и предотвращает перегрев элементов конструкции ГТУ. В современных газотурбинных установках охлаждают практически все детали турбины: горелки, ротор, подшипники, сопловые и рабочие лопатки, корпус. Основная задача системы — поддержание температурных режимов в пределах, приемлемых для материалов, сохраняя при этом максимально возможную рабочую температуру газа для достижения высокой эффективности установки.
Воздух для охлаждения лопаток, отбирается за компрессором после прохождения через воздухо-воздушные теплообменники, расположенные во втором контуре двигателя, далее воздух поступает на охлаждение лопаток турбины. Схемы воздушного охлаждения лопаток газовой турбины бывают: отвод тепла в охлаждаемый воздухом диск; внутреннее конвективное охлаждение; внешнее пленочное охлаждение; парциальное охлаждение; внешнее струйное охлаждение. В системах охлаждения рабочих лопаток путем отвода тепла в охлаждаемый воздухом диск температура лопаток снижается благодаря отводу тепла от рабочих лопаток в диск турбины вследствие теплопроводности. Для интенсификации теплоотдачи диск охлаждают воздухом, подводимым под давлением. Внутреннее конвективное охлаждение лопаток может осуществляться по канальной или дефлекторной схемам. В канальных схемах охлаждение происходит при пропускании охладителя по продольным (радиальным) каналам, выполненным в пере лопатки. В некоторых лопатках внутренняя полость лопатки заполнена турбулизаторами, выполненными в виде штырьков, в том числе и соединяющих спинку и корытце лопатки. При внутреннем конвективном охлаждении съем тепла производится в основном в средней части профиля. Недостаточно эффективно охлаждаются входные и выходные кромки лопатки из-за трудности размещения в них продольных каналов.
Наибольший эффект повышения интенсивности охлаждения лопаток достигается тремя способами: струйным обдувом оболочек профильной части сопловых лопаток и входных кромок рабочих и сопловых лопаток; оптимизацией расположения решетки поперечных цилиндрических турбулизаторов в щелевых каналах выходной кромки и части профиля; оптимизацией расположения повторяющихся полуребер на стенках каналов поперек или под углом к потоку. Внешнее пленочное охлаждение обеспечивает создание заградительной пленки воздуха, подаваемого через специальные щели или перфорацию в пере лопатки. пленочному охлаждению предшествует внутреннее конвективное, т.к. прежде чем попасть на внешнюю поверхность лопатки, охлаждаемый воздух течет по внутренним каналам. Поступая на внешнюю поверхность лопатки, воздух обтекает её на некотором участке, пока не будет размыт газовой струей. Поэтому для создания сплошной заградительной пленки необходимо вводить новые порции охлаждающего воздуха, располагая последующие ряды отверстий в тех местах, где пленка еще не полностью размыта газом.
