P4250080

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 “ T^m\%

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

m_s — m₂+m_r ■» m,.

' Z bilansu mieszania wynika

<3 -»(1—y)m,/,+rm,l₂.    (111.68)

Poszczególne entalpie wyrazimy wzorami

¹2    - llfl ^T21

1₃ - c_PJo^r; T_z >    (111.69)

<3 " Cj.mlo* Tj J

gdzie c_pp|o^J oznacza średnie ciepło właściwe czystego powietrza w przedziale od T₀ = 0 K do T₂, c_p„,|o* oznacza średnie ciepło właściwe gazów za komorą

spalania, dla których udział paliwa a =    ^—, zaś c‘ |o’ jest ciepłem

m_z (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 Cpmlo^A» ^Cpm — Cpmlo »

otrzymujemy temperaturę zmieszania

Ti - (l-y)^Tj+y^r₂    (111.70)

Cpm    Cpm

lub

(111.71)

SIlBISlil-

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

^,,r=,,TCrT4toJ