Национальная научно-техническая конференция –
это прорыв в области техники, автоматики и всех остальных
отраслей промышленности. Примите участие вместе с нами!

Скачать положение

Главная / Архив / Авиационная и ракетно-космическая промышленность /
регион:

Технология теплового проектирования теплонапряженных деталей высокотемпературных газовых турбин ГТД и ГТУ

  
  
  
  

Одной из основных целей проекта является разработка технологии теплового проектирования теплонапряженных деталей высокотемпературных газовых турбин ГТД 5-6 поколений и ГТУ на основе экспериментальной базы данных.
Методология проектирования предполагает решить комплексную задачу математического и физического моделирования теплогидравлических процессов, протекающих во внутренней полости теплонапряжённых деталей, при минимизации экспериментальных исследований. Для этого создаются базы данных, с учётом обобщения и анализа экспериментальных результатов теплогидравлических исследований перспективных систем интенсификации теплообмена в каналах сложной конфигурации. Предлагаемый методологический подход позволит обеспечить: достоверность и обоснованность результатов прогнозирования теплообменных характеристик, в пределах 10%, при проектировании теплонапряжённых деталей газовых турбин ГТД и ГТУ и проводить целенаправленные конструктивные изменения системы охлаждения с сокращением числа предполагаемых вариантов.
Модель численного анализа построена с учетом переменности теплофизических и термодинамических свойств объекта при функционировании и испытании. Для её верификации проводятся исследования экспериментального метода определения параметров теплового состояния объекта путем жидкометаллической теплометрии охлаждаемой детали в расплаве высокотеплопроводной среды, с граничными условиями первого рода, как при одинаковой, так и при изменяющейся по объему температуре пространства. Для приближения условий испытаний к реальным режимам эксплуатации проводятся широкие исследования свойств термостатирующих сред и разрабатываются методики и средства проведения испытаний, а также создаются методики учета анизотропии материала исследуемых объектов.
Для составления базы данных прогнозирования теплового состояния создаваемых объектов проводятся исследования влияния материала, качества поверхности и конфигурации каналов их системы охлаждения. Этим объясняется необходимость изготовления большого количества объектов (более 50 модификаций) для экспериментальных исследований.
Следует отметить, что в проекте намечены разработки технологий изготовления объектов испытаний с использованием механических и электрофизических методов обработки, позволяющие исключить трудоёмкий и дорогостоящий метод литья по выплавляемым моделям на этапе конструкторско-технологической доработки изделия.
На конечной стадии отработки теплонапряжённых конструкций предполагается создание технологий, позволяющих проводить изменения в системах охлаждения на базе готовых изделий, выполненных методом литья по выплавляемым моделям. Данный подход позволяет исключить погрешности метода литья, влияющие на теплогидравлические характеристики модификаций исследуемого объекта. Предложенная технология исключает изменения геометрических характеристик каналов сложной конфигурации и турбулизаторов потока воздуха, характерные методу литья, даже по одной пресс-форме, с учетом его технологических возможностей.
Разрабатываемые технологии позволят существенно повысить эффективность создания охлаждаемых деталей за счёт сокращения затрат на экспериментальную отработку конструкции и повышения достоверности аналитического и численного прогнозирования эксплуатационных характеристик объекта. Добиться этих результатов позволили: экспериментальные исследования; база данных, созданная на их основе; и полученные знания о теплообменных процессах в каналах системы охлаждения деталей.
Одной из задач, решаемой в проекте, является совершенствование создания охлаждаемых деталей путем использования данных имитационных испытаний в стационарных условиях. Такой подход позволяет значительно сократить материальные, временные и финансовые затраты на создание лопаток и тем самым повысить их конкурентоспособность на мировом рынке. Однако качество полученных результатов зависит от достоверности определения допустимых границ отклонения имитационных испытаний от реальных условий эксплуатации натурного объекта. Обычно при статических испытаниях не воспроизводятся натурный профиль детали, например, лопатки, материал (анизотропия), внешние граничные условия, конфигурация внутренних каналов системы охлаждения, натурные геометрические размеры модели (масштаб) в этих условиях, полученные закономерности теплообмена могут существенно отличаться от действительных.
Поэтому актуальной задачей является исследование границ допустимости таких отклонений, условий однозначности и разработка методов проектирования моделей и условий испытаний, а также методик восстановления данных имитационных опытов.
Разработка и реализация системы охлаждения теплонапряженных деталей, представляющей собой систему каналов сложной конфигурации, являются важными этапами создания высокотемпературных турбин. По мере увеличения температуры газа на входе в турбину возрастает необходимость в совершенствовании конструкции охлаждаемых деталей, методов определения их теплового состояния с целью повышения эффективности охлаждения и обеспечения надежности в эксплуатации. Поэтому создание охлаждаемых деталей неразрывно связано с разработкой высокоинформативных методов исследования и контроля функциональных параметров системы их охлаждения.
Для решения данной задачи необходимо разработать комплексную программу теплового контроля, основанную на наиболее информативных методах контроля. К таким методам относятся: калориметрирование в жидкометаллическом термостате; применение термокрасок при испытании лопаток на газовом стенде; использование термопар при продувке лопаток на пакетной установке и применение датчиков ИМТК (измеритель максимальной температуры кристаллический). Для получения более качественной и достоверной картины температурного состояния объектов целесообразно провести сопоставительный анализ результатов испытаний теплонапряженных деталей, полученных различными методами теплового контроля.


Комментарии

Отрасли

Авиационная и ракетно-космическая промышленность
Автомобильная промышленность
Железнодорожное машиностроение
Станкостроительная и инструментальная промышленность
Приборостроение, системы управления, электронная и электротехническая промышленности
Тракторное, сельскохозяйственное, лесозаготовительное, коммунальное и дорожно-строительное машиностроение
Энергетическое машиностроение
Оборонная промышленность
Тяжелое машиностроение
Судостроение
Промышленная экология
Информационные технологии
Робототехника и искусственный интеллект
Управленческие задачи