Исследование теплоотдачи проставочных колец в полости ротора на переходных режимах работы ГТД

УДК 621.438:536.24

Н. Н. САЛОВ, доюп. техн, наук (СГТУ, Севастополь )





                Исследование теплоотдачи проставочных колец в полости ротора на переходных режимах работы ГТД




   Экспериментально исследована теплоотдача цилиндрических поверхностей во вращающейся полости с осевым течением охлаждающего воздуха применительно к лабиринтным и проставочным кольцам ротора ГТД дискобарабанной конструкции. Получены закономерности, по которым теплоотдача на цилиндрических поверхностях в полости ротора ГТД с осевым течением охладителя может быть рассчитана па переходных режимах работы двигателя.

   Известно, то за одни полег самолета количество переходов с одного режима работы двигателя на другой измеряется десятками и даже сотнями. В режимах перехода можно выделить процессы прогрева и остывания, которые для деталей ротора являются достаточно протяженными во времени по сравнению с временем, занимаемым приемистостью двигателя. Недостоверность сведении о температурном состоянии деталей ротора в условиях эксплуатации может привести к преждевременному их разрушению. Расчетные методы определения температурного состояния деталей ротора на переходных режимах часто недостоверны из-за отсутствия в настоящее время точных данных по граничным условиям теплообмена. Ограниченное число публикаций по этой проблеме объясняется значительными трудностями, с которыми приходится сталкиваться исследователю. Достаточно отметить, что обработка результатов термометрирования на переходных режггмах должна основываться на результатах исследований, выполненных на стационарных режггмах работы ГТД, которые в настоящее время изучены далеко нс полностью.
    С целью определения граничных условий теплообмена в полостях роторов ГТД на переходных режггмах работы двигателя был изготовлен рабочий участок экспериментального стенда, позволяющий моделзгровать состояние деталей роторов газотурбинных двигателей с различной приемистостью, разработаны схемы систем термометрирования и регистрации параметров работы стенда на нестационарных режимах, создана методика обработки результатов опытных данных.
    Рабочий участок экспериментального стенда представляет собой модель двух последних ступеней ротора осевого компрессора БД. Модель состоит из трех дисков: двух боковых, насаженных на вал, между которыми закреплен стальной обод, и центрального диска, установленного в середине рабочего участка. Внутри рабочего участка по образующей обода уложены грн плоских электронагревателя, изготовленные с одыыакопым омическим сопротивлением из стальной нержавеющей ленты. Центральный диск торцевой поверхностью плотно прижат к среднему электронагрева т елю, ч т о обеспечивало подвод теплоты к диску со стороны электронагревателя посредством теплопроводност и. К боковым электрон а тревателям плотно прижаты цилиндрические проставки, моделирующие проставочные кольца ротора компрессора БД. Центральный диск и прост авки от элсктропат ревателя изолированы тон
 t^yiSSN 0579-2975. Изв. вузов. Авиационная техника

ким слоем стеклоткани. В качестве термодатчиков применялись хромель-алюмелевые термопары, головки которых прпваривагпгеь контактной сваркой к поверхностям цилиндрических проставок передней и задней сторон диска. Вдоль оси вала прокачивался охладитель, в качестве которого применялись дистиллированная вода и сжатый воздух. Подробное описание конструкции рабочего участка экспериментального стенда приведено в работе [I].
    Закономерности изменения теплоотдачи цилиндрических поверхностей проставочных колец на переходных режимах изучались при разгптчных толщинах полотен стальных дисков: 14, 8 и 4 мм. Переходные режимы работы двигателей с различной приемистостью моделировались изменением тепловой нагрузки электронагревателей в течение 3, 5, 7, 10, 15 и 20 с пргг частоте вращения рабочего участка и = 104,72 с*¹; 157,08 с"¹ гг 209,44 с'¹. Расход охладителя при работе с дистиллированной водой составлял 0,806; 1,007 гг 1,343 кг/с; пргг работе с воздухом -6,5-10 ³ гг 0,01 м³/с. В режггмах прогрева опыты выполнены при отношениях максимальной тепловой нагрузки к минимальной в пропорциях 1,45; 2,2; 3 гг 5,34, в режимах охлаждения - 1,67; 2,36; 3,13 и 5,53. Per исграция показаний термопар на нестационарных режггмах осуществлялась измерительным цггф-ровым многоканальным преобразователем, который преобразовывал выходные аналоговые электрические сигналы датчиков температур, а также сигналы напряжения и силы постоянного тока в кодированный электрический сигнал. Кроме этого огг обеспечивал обмен информацией с ЭВМ, терминальными гг печатающими устройствами по стандартным интерфейсам с максимальной скоростью опроса 20 каналов в секунду. Показания термопар с интервалом между измерениями в 1,8 с распечатывались в виде графиков с координатами температура-время. Опытные значения числа Нуссельта для цилиндрических поверхностей проставочных когтей определялись в режимах прогрева охлаждения при работе с водой с интервалом в 10 с, при работе с воздухом -20 с. Интервалы времени, в которых определялись числа Нуссельта, ограничивались густотой сетки графиков, построенных по показаниям термопар, измеряющих температуру поверхности цилиндрических проставок.
     Если время, в течение которого изменялась тепловая нагрузка, совпадало с временем приемистости двигателя, го числа Нуссельта на этом участке переходного режима рассчитывались через одну-две секунды.

. 1999. №0