Зменшення радіальної нерівномірності температурних полів у дисках роторів ГТД дискобарабанної конструкції (стр. 4 из 5)

3. Експериментальні дослідження узагальнені числами подібності і безрозмірними комплексами, що дозволяють розрахувати розподіл температури по радіусу екранованих і неекранованих дисків. Уточнено залежності для розрахунку температури дисків роторів з осьовим плином охолоджуючого повітря; вперше отримана залежність для розрахунку температури по радіусу екранованих дисків з ежекторними пристроями. Встановлено вплив окружного і осьового чисел Рейнольдса, відносного перепаду температур по радіусу диска і ступеня екранування на характер розподілу температури по радіусу екранованого диска з ежекторними каналами.

4. Обґрунтовано можливість зменшення температурних напруг в дисках ротора за допомогою застосування пристроїв з ежекторними каналами. Показано, що збільшення запасу міцності в маточині диска при використанні розроблених пристроїв з екрануванням і ежекторними каналами досягає 11% в порівнянні з неекранованими дисками ротора. При підвищених вимогах до масогабаритних показників можливо зниження маси екранованого диска в порівнянні з неекранованим при рівних запасах міцності.

5. Результати дослідження впроваджено в науково-виробничому комплексі газотурбобудування «Зоря-Машпроект» (м. Миколаїв, Україна), в науково-дослідній лабораторії перспективних двигунів НТУ «ХПІ» (м. Харків, Україна), науково-виробничому об'єднанні «Сатурн» (м. Рибінськ, РФ) і мають практичне застосування. На основі досліджених варіантів охолоджуючих пристроїв розроблено нові конструкції роторів перспективних ГТД, захищені трьома патентами України.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Салов Н.Н. Интенсификация теплообмена в полостях роторов ГТД / Н.Н. Салов, В.М. Бубенцов, Н.Н. Федаренко, А.А. Харченко // Авiацiйно-космiчна технiка i технологiя. – 2001. – Вып.26. – С.142 – 143.

Здобувачем отримано експериментальні дані з профілів температури дисків з екрануванням і ежекторними каналами.

2. Салов Н.Н. Проблемы уменьшения температурных напряжений в дисках газотурбинных двигателей / Н.Н. Салов, А.А. Харченко // Новые технологии в машиноприборостроении и на транспорте: матер. междунар. научн.-техн. конф. — Севастополь, 10–14 сент. 2001 г. – Севастополь, 2001. – С.317-319.

Здобувачем визначено вплив довжини циліндричних каналів і площі екранування на ефективність ежекторних пристроїв.

3. Салов Н.Н. К расчету теплоотдачи дисков осевых компрессоров ГТД / Н.Н. Салов, В.А. Бенжицкий, А.А. Харченко // Авiацiйно-космiчна технiка i технологiя. – 2002. – Вып.30. – С.161.

Здобувачем досліджено вплив витрати охолоджуючогоповітря на температурний стан дисків.

4. Салов Н.Н. К уменьшению температурных напряжений в дисках роторов осевых компрессоров ГТД / Н.Н. Салов, В.А. Бенжицкий, А.А. Харченко // Труды третьей российской национальной конференции по теплообмену. Москва, 21–25 октября 2002 г. – Т. 7. Теплопроводность, теплоизоляция. —М.: Изд-во МЭИ, 2002. – С.251–253.

Здобувачем досліджено вплив типу охолоджуючих пристроїв різної конструкції на температурний стан охолоджуваних дисків.

5. Салов Н.Н. Расчет температурных полей дисков роторов осевых компрессоров / Н.Н. Салов, А.А. Харченко, Г.В. Горобец // Вестник двигателестроения. – 2003. – №1. – С. 85–86.

Здобувачем уточнено значення коефіцієнтів для розрахункових залежностей.

6. Салов Н.Н. Расчет граничных условий теплообмена дисков осевых компрессоров ГТД / Н.Н. Салов, Н.Н. Бубенцов, Г.В. Горобец, А.А. Харченко // Вестник двигателестроения. – 2004. – №2. – С.113–115.

Здобувачем отримано розрахункові залежності для визначення профілю температур.

7. Харченко А.А. К управлению температурным состоянием дисков роторов осевых компрессоров ГТД / А.А. Харченко // Авиационно-космическая техника и технология. – 2005. – №10. – С.170–172.

8. Горобец Г.В. Исследование работоспособности устройств для уменьшения температурных напряжений в дисках ГТД / Г.В. Горобец, А.А. Харченко // матер. междунар. науч.-техн. конф. Энергомашиностроение – 2006, Севастополь, 17–20 мая 2006 г. — Севастополь, – 2006. – С. 28.

Здобувачем отримано розрахункові залежності, що установлюють взаємозв'язок між параметрами екранування і температурним станом диска.

9. Салов Н.Н. Исследование температурного состояния экранированных роторов ГТД с эжекторными устройствами / Н.Н. Салов, А.А. Харченко, Г.В. Горобец, В.М. Бубенцов // Авиационно-космическая техника и технология. – 2006. – №8. – С.117–120.

Здобувачем визначено вплив величини гідравлічного опору осьового каналу екранованого диска з ежекторними каналами і площі екранування на профіль температури по радіусу диска.

10. Салов Н.Н. Исследование термонапряженного состояния экранированных дисков роторов ГТД с эжекторными каналами / Н.Н. Салов, А.А. Харченко, Г.В. Горобец // Вестник двигателестроения. – 2007. – №3. – С.123–126.

Здобувачем виконано аналіз термонапруженого стану дисків.

11. Пат. №77163 Україна, МПК F02C 7/12. Ротор турбомашини з комбінованим прокачуванням повітря / М.М. Салов, А.О. Харченко; заявник та патентовласник Севастопольський національний технічний університет. — № 2003043991; Заяв. 30.04.2003; Опубл. 15.11.2006, Бюл. №11.

Здобувачем запропоновано конструкцію ежекторного каналу.

12. Пат. №77949 Україна, МПК F02C 7/12, F01D 5/02. Екранований ротор турбомашини з осьовим прокачуванням повітря / М.М. Салов, А.О. Харченко, Г.В. Горобець; заявник та патентовласник Севастопольський національний технічний університет. — № 2003044016; заявл. 30.04.2003; опубл. 15.02.2007, Бюл. №2.

Здобувачем запропоновано розміщення отворів для охолоджуючогоповітря на периферії екрана.

13. Пат. №78219 Україна, МПК F02C 7/12 Екранований ротор турбомашини з автоматичним регулюванням теплообміну / М.М. Салов, В.Ф. Худяков, А.О. Харченко; заявник та патентовласник Севастопольський національний технічний університет. — №2004031621; заявл. 05.03.2004; опубл. 15.03.2007, Бюл. №3.

Здобувачем розроблено конструкцію ежекторних каналів з термочутливими елементами.

АНОТАЦІЯ

Харченко А.О. Зменшення радіальної нерівномірності температурних полів у дисках роторів ГТД дискобарабанної конструкції|. — Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.03 — двигуни та енергетичні установки. Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Харкiв, 2008.

Дисертація присвячена вирішенню задачі зменшення радіальної нерівномірності температурних полів у дисках роторів ГТД дискобарабанної конструкції за допомогою застосування пристроїв, що використовують динамічний напір осьового потоку повітря, що відбирається на охолоджування двигуна.

На основі виконаних експериментальних досліджень виявлено, що найбільш ефективне зменшення нерівномірності температури за радіусом диска забезпечується при екрануванні диска з ежекторними каналами. На основі експериментальних даних одержані формули для розрахунку розподілу температури за радіусом екранованого і неекранованого дисків. Обґрунтовано можливість зменшення температурних напружень дисків роторів за допомогою застосування пристроїв зежекторними каналами, що дозволяє збільшити запас міцності диска. При підвищених вимогах до масогабаритних показників маса диска може бути зменшена в порівнянні з неекранованим при рівних запасах міцності.

Ключові слова: газотурбінні двигуни, диски роторів, температурний і напружений стан, ежекторні пристрої.

АННОТАЦИЯ

Харченко А.А. Уменьшение радиальной неравномерности температурных полей в дисках роторов ГТД дискобарабанной конструкции. — Рукопись.

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.03 — двигатели и энергетические установки. Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского «Харьковский авиационный институт», Харьков, 2008.

Диссертация посвящена решению задачи уменьшения радиальной неравномерности температурных полей в дисках роторов ГТД дискобарабанной конструкции посредством применения устройств, использующих динамический напор осевого потока воздуха, отбираемого на охлаждение двигателя.

Увеличение температуры газа перед турбиной наряду с увеличением степени повышения давления воздуха в компрессоре является основным направлением совершенствования ГТД. Проведенный информационный обзор показал, что способы, применяемые в настоящее время для охлаждения дисков роторов ГТД, не лишены недостатков, так как не обеспечивают уменьшения перепада температур по радиусу дисков ротора. Это вызывает в дисках роторов осевых компрессоров и в дисках каскада турбин высокого давления термические напряжения, которые в значительной мере определяют их напряженное состояние. В связи с этим при проектировании высокотемпературных двигателей актуальным является уменьшение перепада температуры по радиусу диска для снижения температурных напряжений на стационарных и переходных режимах работы.

С целью уменьшения радиальной неравномерности температурного поля диска были спроектированы два типа устройств, использующих динамический напор осевого потока охлаждающего воздуха для воздействия на циркуляцию воздуха в междисковых полостях ротора. Экспериментальные исследования температурного состояния дисков, оснащенных различными вариантами разработанных устройств проводились на экспериментальной установке, рабочий участок которой представлял собой пятиступенчатый ротор дискобарабанной конструкции с электронагревателем, расположенным на боковой поверхности барабана. Охлаждающий воздух от высоконапорной воздуходувки через воздухоподводящее устройство прокачивался вдоль оси ротора рабочего участка через кольцевые зазоры между ступицами дисков ротора и центральным валом и удалялся через отверстия в валу ротора. Термометрирование дисков осуществлялось хромель-алюмелевыми термопарами, выведенными через ртутный токосъемник на аналого-цифровой многоканальный преобразователь, подключенный к ЭВМ.