Введение к работе
Актуальность проблемы. Успех в дальнейшем развитии газотурбостроения я применении ПУ в нарочном хозяйстве связан с решением сдней'из основных технических проблем - повышением начальних параметров рабочего тела. Рост температуры и термодинамически связанного с ним давления позволяет преодолеть один из основных недостатков, ГТУ - сравнительно низкую экономичность, повысить коэффициент полезного действия, удельную мощность и снизить удельную нассу установок.
Достижение в отечественных ГІУ уровня температур газа, характерного лучшим к^ровыы образцам является ваянейшей научной и производственной задачей. Пути решения этой задачи - создание жаропрочных материалов я систем теплсв.оі; защиты основных деталей и узлов газовых турбин. Современное материаловедение не в состоянии сбеепечить существ; :ощие темпы роста температур и создать материалы, способные работать без тепловой защита. Наиболее остро стоит вопрос тепловой защиты роторов, являющихся самым теплонапрякениыы и ответственным узлом газотурбинной установки. Эта проблема относится к числу важнейших приоритетных задач теплоэнергетики.
Цели исследования* Основным» целями работы являптся:
-
Дальнейпее развитие теоретических положений систем тепловой защиты, роторов газовуя турбин на. основе экспериментальных и расчетных исследований рабочих процессов в системах натурных ПУ.
-
Расширение банка экспериментальных данных по теплсобкзн-нын и гидравли"ескии граничным услосиям п эксплуатационных условиях газовых турбин.
-
Дальнейшее совершенствование сястем тепловой защиты типовых роторов ГТУ и разработка новых подходов я созданию систем.
Нетоды исследования. Цели поставленные в работе, достигнуты благодаря комплексному подходу к рассматриваемым проблема»* - разработкой и применением расчетных и экспериментальных методов исследований характеристик систем тепловой защиты и их широким сочетанием. Достоверность п обосновяяїссть применения этих методов определяется: разработкой расчетных методов на базе теоретически обоснованных катекаткческпх моделей с широким использованием аналоговой п цифровой вычислительной техники; применением при проведении экспериментальных исследований общепринятых цэтодик изгарэ-иия и приборов, а такгэ обработки и обобщения опытных данных; ра-
- г -
эработкой экспериментальных методик измерения параметров систем охлаждения на основе обоснованных физических моделей и их опытной и расчетной апробацией. Научная новизна:
- Развиты положения теорій систем тепловой защиты газовых турбин,
4 позволивівде повисить достоверность и точность расчетных иссле
дований и оптимизации систем на математических моделях на осно
ве их усовершенствования и уточнения граничных условий для
гидравлической и тепловой задач.
Разработан и исследован новый способ охлаждения роторов путем переноса основной зоны охлаждения в периферийную часть.
Разработаны методы идентификации граничных условий теплообмена для класса "псевдообратных" задач теплопроводности и.на базе .
их получены данные о локальное теплоотдаче от газа к рабочей лопатке, а также о теплоотдаче в полостях роторов ГТУ.
- Усовершенствованы методические положения измерения температур
в натурных IX', а также расходов охлаждающего воздуха в трак
тах систем.
Практическая ценность работы;
- На базе обширннх экспериментально-расчетных исследований с ис
пользованием математических моделей разработаны мероприятия по
усовершенствованию систем тепловой защиты типовых роторов ПУ,
результаты разработок внедрены в серийно выпускаемые приводные
. и энергетические ПУ (ГТК-І6, ГТН-І6, ПН-25, ГТГ-бИ, ГТЭ-150).
Предложены принципы проектирования и разработана система охлаждения бездефлекторного ротора малорасходной судовой энергети-ческой установки ПТ-І600, разработаны пути усовершенствования системы.
Разработанные методы теплового расчета дисков и ;ібочих лопаток с продольными охлаждающими каналами были использованы для проведения проектировочных и поверочных расчетов при создании, доводке и исследованиях ряда головных образцов ПУ (рабочих лопаток ГТН-25, АГТД и ГТЭ-150, роторов ГТК-І6, ИГ-І600 и ГТЭ-150)
Результаты диссертационной работы включенные в монографии, посвященные исследованиям теплопередачи в системах воздушного 'охлаждения газовых турбин, методам решения обратных задач тепло-переноса, учебному пособию по газовым турбинам, а также в отраслевые рукоэодящие материалы по методам определения теплового состояния основных узлев газовых турбин.
Автор защищает;
результаты экспериментально-расчетных исследований систем тепловой защиты натурных ПУ и полученные на база их уточнения характеристик течения и граничных условий теплообмена в трактах систем, результаты обобщения температурного состояния роторов;
новый способ охлаждения дисков роторов высокотемпературных ИУ;
новые инженерные методы расчета температурного состояния дисков роторов, а также рабочих лопаток с продольнілм охлаждагацими каналами;
метод решения "псевдсобратных" задач теплопроводности по результатам поверхностного термсиетрирования и оценку его погрешно- , стей; '
принципы проектирования и результаты разработки системы охлаждения беэдефлекторного ротора шлорасходной ПУ;
усовершенствованные методы окспер?ментального определения температур, а также расходсз в трактах систем тепловой защиты роторов;
разработанные рекомендации по усовершенствованно и модеріиза-ции систем охлаждения, внедренные в серийно выпускаемые установки.
Апробадия работы. Основные результаты работы обсуждались и докладывались на ХХУП, ХХХП, ЗОВУТ , XL Всесоюзных научно-тегсп!-ческих сессиях по проблемам газовых турбин, 1980 г.СН^сяаэв), 1985 г.(Николаев), 1989 г.(Москва), 1993 r.(Rjo":nfCK;j Есвссюаных межвузовских конференциях по газету р&н?п:ч и кскЗянированнда установкам (Моква, МВТУ им.П.Н.Баумзн»; п 1979, 1983, 1967 г.г.; Всесоюзных'научно-технических конференции-: "Методы и средства машинной диагностики газотурбинных двигателей", в 1980 r.(Ri6a-чье), 1983 г.(Харьков); Зсесооэных семинарах "Обратные задачи теплопроводности" в 1980 г.(Киев), "Обратные задачи п идентификация процессов теплообмена" в 1982 г.(Мосппз); Всесоюзной научно-технической конференции "Теплообмен и моделирование в онергети-«ских установках" а 1979 г.(Тула); Всесоюзной научно-технической конференции "Состояние п перспективы развития средств измерения температуры контактными и бесконтактными методами" и 197Э г. (Львов); Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы нелинейной электротехники" з 1984 г.(Кацивелн); Всесоюзной межвузовской конференции по применения вычислительной техники и математических методов в научных исследованиях в 1980 г.(Алыа-Дта);
Всесоюзном семинаре "Специализированные процессы параллельного действия для решения краевых.задач" в 1981 г.(Рига); ІУ Международном симпозиуме "Системы - моделирование - контроль" в 1979 г.(ПНР, Закопане); Междуна-одном Симпозиуме "Системный анализ и моделирование" d 1900 г.(ГДР, Берлин); Международной конференции "Моделирование систем 83" в 1983 г.(ЧССР, Прага); Международных конференциях "Основы моделирования и моделирующая техника" 1989 г.(ГДР, Росток) и 1992 г.(ФРГ, Берлин); Республиканских научно-технических конференциях "Повышение эффективности и надежности турбинных установок тепловых электростанций" в 1983 г. (Киев), "Совершенствование теории и техники тепловой защиты энергетических устройств" в 1987 г.(Киев), "Математическое моделирование процессов и конструкций.энергетических и транспортных ПУ в системах их автоматического проектирования" в 1988 г." (Готвальд) :
Публикации. По материалам работы опубликовано 42 печатных работы, частично результаты ее изложены в монографии Руководящие указания "Р^четные и экспериментальные методы определения теплового состояния основных узлов газовых турбин с воздушным охлаждением" т.т. П и Ш; получено 8 авторских свидетельств. Часть результатов^ изложенных в диссертации входит в комплекс исследований ЙТТФ НАН Украины "Теоретические основы я практические методы создания эффективных систем тепловой защиты высокотемпературных двигателей и внедрение их в энергетическом и транспортном машиностроении" удостоенной Государственной премии УССР за 1985 год.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и выводов. Основная часть ее содержит 312 стр. машинописного текста, 153 рисунков, список литературы из 276 наименований.
Похожие диссертации на Совершенствование систем тепловой защиты роторов промышленных ГТУ, методов их расчетов и исследований
