Способ определения коэффициентов теплоотдачи от газа к лопатке Советский патент 1991 года по МПК F02C3/26 

Фиг1

Изобретение относится к газотурбине- строению, более конкретно к охлаждаемым лопаткам газовых турбин.

Цель изобретения - повышение точности и упрощение процесса определения местных коэффициентов теплоотдачи от газа к лопатке,

На фиг. 1 показана схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2 - схема расположения на лопатке термопар и теплоизолирующих перегородок; на фиг. 3 - диаграммы изменения температуры воздуха и лопатки во времени.

Устройство для осуществления способа содержит компрессор 1, связанный трубопроводом 2 с камерой 3 сгорания, снабженной форсункой 4 Топливная магистраль 5 связана с форсункой через регулируемый кран 6. Выход из камеры сгорания соединен трубопроводом 7 с установкой для продувки лопаток, состоящей из корпуса 8, направляющих лопаток 9 и испытуемых лопаток 10. Тонкостенная полая лопатка 10 состоит из участков, разделенных теплоизолирующими перегородками 11. К поверхности каждо- го участка приведены горячие спаи термопар 12, соединенных с осциллографом 13. Термопара 14, установленная на входе в направляющие лопатки, также соединена с осциллографом. Выход 15 газа из корпуса 8 соединен с атмосферой.

Способ реализуется следующим образом. .

С помощью крана 6 при постоянном расходе воздуха через компрессор 1 изменяется подача топлива так, чтобы температура газа на входе в направляющие лопатки 9, измеряемая термопарой 14. изменялась по гармоническому закону с круговой частотой а). Через некоторый промежуток времени, когда установится регулярный режим колебания температуры лопаток, производят запись осциллографом температур каждого из участков лопаток, измеряемых термопарами 12 Затем вычисляют местный коэффициент теплоотдачи каждого участка лопаток по соотношению

а - -С(

р,/ , &т .2 , FY (Жл } 1

и

где G, С - масса и теплоемкость участка лопатки;

2л О) - -iкруговая частота гармонического изменения температуры газа,

Т - период гармонического изменения температуры газа

Atr - удвоенная амплитуда- изменения температуры газа;

ДЬ - удвоенная амплитуда изменения температуры участка лопаток, Существо изобретения заключается в

следующем.

При гармоническом изменении темгте- ратуры газа по закону

tr tr.cp+ Atr/2sln (сот-л/2 ) (1) температура лопатки при установившемся колебательном процессе изменяется по закону

Atr

Atfl

(2)

45

50

Затем tr.cp r1 у--- средняя температура газа в цикле;

20 Atr tr2 - tri - размах (удвоенная температура) колебания температуры газа;

tri и tr2 минимальная и максимальная температура газа;

Агл 1л2 - 1л1 - размах колебания темпе- 25 ратуры лопатки;

1л1 и п2 минимальная и максимальная

температуры лопатки, С- время,

Лопатка или ее участок является инер- 30 ционным звеном первого порядка с постоянной времени

т -JLJL п 1л aF (6)

35 где F - поверхность участка лопатки;

а - местный коэффициент теплоотдачи от газа к лопатке.

Из формул (2) и (3) следует, что местный

коэффициент теплоотдачи равен

40

(4,

Таким образом, измерив размах колебаний температур газа и исследуемого участка лопатки и зная массу и поверхность этого участка, по формуле (4) можно вычислить местный коэффициент теплоотдачи.

Уравнение (2) получено из условия, что температура лопатки постоянна по ее толщине и длине профиля. Для того, чтобы это уравнение выполнялось, необходимо, во- первых, чтобы толщина лопатки была бы минимальна. Опыты и расчеты показывают, 55 ЧТо при полых лопатках с толщиной стенок, равной 0,5-1% от хорды лопатки, изменение температуры по толщине лопатки практически отсутствует Во-вторых, чтобы исключить влияние продольной теплопроводности и изменения температуры лопатки по длине профиля (от входной к выходной кромке), профиль лопатки следует разбить на несколько участков, в пределах которых температуру лопатки можно считать посто- янной. Лопатку целесообразно разбить на 4-8 участков. Во избежание выравнивания температур за счет продольной теплопроводности каждый участок следует теплоизолировать от другого специальными вставками. Исходя из сказанного, целесообразно профиль лопаток изготавливать из металла с высокой теплопроводностью (медь, алюминий), а участки лопаток отделять друг от друга материалом с малой теп- лопроводностью (керамика, пластмасса).

Формула изобретения Способ определения коэффициентов теплоотдачи от газа к лопатке газовой тур- бины на установке для продувки лопаток горячим воздухом путем измерения температуры воздуха и температуры поверхности лопатки и вычисления по измеренным значениям коэффициентов теплоотдачи, о т л и-

чающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса определения местных коэффициентов теплоотдачи, дополнительно измеряют по гармоническому закону температуру воздуха, обдувающего лопатку, по измеренным значениям температур воздуха и поверхности лопатки определяют амплитуды изменения этих температур, а местные коэффициенты теплоотдачи вычисляют по соотношению

а -

ССш

FAJ)2где G, С, F - масса, теплоемкость и площадь поверхности того участка лопатки, для которого определяют местный коэффициент теплоотдачи;

со - круговая частота гармонического изменения температуры газа;

Дгг - удвоенная амплитуда изменения - температуры воздуха;

Ј&л - удвоенная амплитуда изменения температуры поверхности участка лопатки,

Цель изобретения - повышение точности и упрощение процесса определения местного коэффициента теплоотдачи от газа к лопатке. Это достигается тем, что производят продувку полой лопатки, разделенной теплоизолирующими перегородками 11 на ряд участков. При гармоническом изменении температуры газа измеряют термопарами 12 изменение температуры лопатки по времени, а местные коэффициенты теплоотдачи определяют по соотношению а GCa) -Ж Ff()-i где G, С - масса и теплоемкость участка 2тг лопатки; со -ткруговая частота гармонического изменения температуры газа; Т - период гармонического изменения температуры газа; Atr - удвоенная амплитуда изменения температуры газа; Atn -удвоенная амплитуда изменения температуры участка лопатки; F - поверхность участка лопатки. 3 ил. in

4

Фиг. 1