120
temperatura gazu jest najwyższa. Według [3], w zależności od temperatury chłodzone są następujące elementy:
- tylko kierownice pierwszego stopnia, gdy /, ■ 850-950°C,
- kierownice i łopatki pierwszego stopnia, gdy t3 - 1000- IO50°C,
- pierwszy stopień i kierownice drugiego stopnia, gdy r} ■ 1100- II50°C,
- pierwszy i drugi stopień, gdy 13 • 1200- 1300°C.
Powyższe dane nie stanowią ogólnie stosowanej zasady, w praktyce stosuje się różnorodne układy chłodzenia. Tu zajmiemy się uproszczoną teorią obliczenia obiegu otwartego z chłodzeniem.
Zauważmy, że powietrze chłodzące doprowadzone jest do turbiny w różnych miejscach i stopniowo włącza się w proces ekspansji. Mieszanie się tego powietrza z głównym strumieniem gazu wiąże się z zaburzeniami przepływu w wieńcach łopatkowych, czyli z dodatkowymi stratami, w wyniku których sprawność wewnętrzna turbiny chłodzonej r/'T jest mniejsza od sprawności turbiny nicchłodzoncj i/r. Obliczenie procesu można sprowadzić do modelu, w którym strumień powietrza chłodzącego miesza się z gazami spalinowymi przed turbiną i razem w niej ekspanduje. Problem polega na odpowiednim skorygowaniu sprawności, co zawsze można zrobić na podstawie badań eksperymentalnych. Metoda postępowania obejmuje obliczenie temperatury zmieszania T3' oraz określenie sprawności wewnętrznej turbiny chłodzonej. Sytuację ilustruje rysunek III. 16.
s
Rys. 111.16. Obieg z chłodzeniem turbiny; 3-4 - stany w turbinie nicchłodzoncj, 3'-4' - stany
w turbinie chłodzonej
W obliczeniach założymy, że za kompresorem pobiera się powietrze chłodzące w ilości
mi “ Tm\%
które miesza sę z gazami spalinowymi przed turbiną. Dla większej poglądowo-ści przyjmiemy w bilansach masowych
S m U = 0.
W rezultacie na wlocie do komory spalania i na wylocie z niej przepływa I strumień
m2 — (I —y)m,.
I Strumień spalin m2 miesza się z powietrzem /»,, wobec tego na wlocie do I turbiny
ms — m2+mr ■» m,.
' Z bilansu mieszania wynika
<3 -»(1—y)m,/,+rm,l2. (111.68)
Poszczególne entalpie wyrazimy wzorami
12 - llfl T21
13 - cPJor; Tz > (111.69)
gdzie cpp|oJ oznacza średnie ciepło właściwe czystego powietrza w przedziale od T0 = 0 K do T2, cp„,|o* oznacza średnie ciepło właściwe gazów za komorą
spalania, dla których udział paliwa a = ^—, zaś c‘ |o’ jest ciepłem
mz (l-y)m,
właściwym średnim spalin rozcieńczonych w procesie mieszania z powietrzem
chłodzącym, dla których a' = = (1 -y)a.
m,
Podstawiając (III.69) do (111.68) i pisząc dla uproszczenia zapisu
Cpp — Cpp!o*» Cpm 3 CpmloA» Cpm — Cpmlo »
otrzymujemy temperaturę zmieszania
Ti - (l-y)^Tj+y^r2 (111.70)
Cpm Cpm
lub
(111.71)
i 3 Cpm Cpm ij
Znając stan początkowy przed turbiną określony punktem 3'(p3, T3) możemy obliczyć spadek wewnętrzny entalpii w turbinie chłodzonej
(111.72)
(111.73)
hV-r^,rTi[l-(£) **• ]■
Spadek w turbinie niechlodzoncj