Пленочное охлаждение для новейших турбин

 

Профессор Тинг Ванг, Центр Преобразования и Сохранения Энергии Университет Нью Орлеана,  Нью Орлеан, США

 

Охлаждение пара замкнутого типа было принято двумя крупными изготовителями газовых турбин для двигателей новейшей турбины с тяжелым корпусом. Большое преимущество охлаждения пара замкнутого типа - оно может устранять потребность в пленочном охлаждении. Поскольку температура на входе в турбину поднята выше 1400ºC(~2600ºF), чрезмерное пленочное охлаждение является большим препятствием для дальнейшего увеличения термического коэффициента полезного действия газовой турбины. Это происходит потому, что когда охлаждающий воздух вводится от профиля в главный поток горячего газа, он мешает главному полю течения и впоследствии вызывает аэродинамические и тепловые потери. Тем временем, для сгорания имеется меньшее количество воздуха, и поэтому производительность работы будет понижаться. Кроме того, чрезмерное пленочное охлаждение вызовет увеличение температуры горения, чтобы достичь более высокой температуры на входе в турбину и далее соединять проблему снижения NOx и контролирования выбросов.

В результате, новейшая турбина с тяжелым корпусом, использующая схему охлаждения пара замкнутого типа, позволяет достигать более высокого термического коэффициента полезного действия чем те, которые используют воздушное пленочное охлаждение. Одна из наиболее спорных проблем охлаждения пара замкнутого типа - необходимость очень большого количество пара. Извлечение этого большого количества пара из парового цикла нижней части уменьшило бы термический коэффициент полезного действия турбин, использующих пар нижней части, так как нормальный процесс расширения пара был бы прерван. Кроме того, высокая скорость потока пара значительно увеличит потери давления.

Для решения этих проблем, исследовалась концепция использования охлаждения тумана/пара замкнутого типа путем проведения экспериментов в четырех условиях испытаний: горизонтальная труба, труба, искривленная на180^o, струи удара на плоской поверхности, и струи удара на кривой поверхности. Вообще, характеристика теплопередачи пара может быть значительно улучшена, прибавляя капли среднего диаметра 5~7 м. в главный поток. Получено среднее увеличение на 100% с самыми высокими увеличениями локальной теплопередачи на 200%~500% при 2~5% тумана. Статья дает обзор некоторых из этих результатов.