Экспериментальное исследование тепловых характеристик охлаждаемых рабочих лопаток газовой турбины SGT-600
Автор: Шевченко И.В., Рогалев А.Н., Осипов С.К., Брызгунов П.А., Шевченко М.И.
Журнал: Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии @technologies-sfu
Рубрика: Исследования. Проектирование. Опыт эксплуатации
Статья в выпуске: 1 т.18, 2025 года.
Бесплатный доступ
Статья посвящена экспериментальным исследованиям тепловых и гидравлических характеристик охлаждаемых лопаток газотурбинной энергоустановки. Проанализированы основные факторы, определяющие термонапряженное состояние лопаток, а также их теплогидравлическую эффективность. В качестве объектов рассматривались два варианта конструкции охлаждаемых рабочих лопаток первой ступени газовой турбины Siemens SGT600. По результатам гидравлических исследований установлено, что второй вариант лопатки имеет на 15 % большую пропускную способность в сравнении с первым. По результатам тепловых испытаний с использованием метода калориметрирования в жидкометаллическом термостате определены тепловые характеристики систем охлаждения лопаток. Установлено, что за счет наличия наклонных ребер в канале охлаждения входной кромки лопатки второй конфигурации и изменения соотношения радиусов интенсивность теплообмена увеличивается на 50-60 % в сравнении с первой. Сравнение тепловых потоков в сходственных сечениях лопаток показало, что интенсивность отвода тепла в каналах лопатки второй конфигурации на участке выходной кромки выше, чем в каналах первой лопатки в среднем на 25-40 %. С целью обобщения полученных экспериментальных данных были сформированы критериальные зависимости для расчета локальных коэффициентов теплоотдачи в каналах охлаждения лопаток, которые могут быть использованы для расчетов тепловых полей лопаток и определения запасов прочности в условиях эксплуатации.
Газотурбинные установки, охлаждаемые лопатки, тепловые испытания охлаждаемых лопаток, метод калориметрирования в жидкометаллическом термостате, реверс-инжиниринг
Короткий адрес: https://sciup.org/146283033
IDR: 146283033
Список литературы Экспериментальное исследование тепловых характеристик охлаждаемых рабочих лопаток газовой турбины SGT-600
- Chowdhury T. S. et al. A critical review on gas turbine cooling performance and failure analysis of turbine blades, International Journal of Thermofluids, 2023, 18, 100329.
- Осипов С. К., Шевченко И. В., Рогалев Н. Д., Вегера А. Н., Брызгунов П. А. Разработка и исследование конструкций охлаждаемых лопаток газовых турбин с использованием метода реверс-инжиниринга, Вестник МАИ, 2023, 30(2), 122–130. [Osipov S. K., Shevchenko I. V., Rogalev N. D., Vegera A. N., Bryzgunov P. A. Development and research of designs of cooled gas turbine blades using the reverse engineering method, Vestnik MAI, 2023, 30(2), 122–130 (In Rus.)]
- Niu X. P. et al. Probabilistic modeling of uncertainties in fatigue reliability analysis of turbine bladed disks, International Journal of Fatigue, 2021, 142, 105912.
- Чеснова В. А., Попов В. Г., Викулин А. В. Совершенствование конструкции охлаждаемых лопаток высокотемпературных газовых турбин с целью повышения надежности и ресурса работы современных авиационных ГТД и энергетических ГТУ, Вестник РГАТА, 2012, 23(2), 7–11. [Chesnova V. A., Popov V. G., Vikulin A. V., Improving the design of cooled blades of high-temperature gas turbines in order to increase the reliability and service life of modern aviation gas turbine engines and power gas turbines, Vestnik RGATA, 2012, 23(2), 7–11 (In Rus.)]
- Nourin F. N., Amano R. S. Study on Heat Transfer Enhancement of Gas Turbine Blades, International Journal of Energy for a Clean Environment, 2020, 21(2).
- Копелев С. З. Охлаждаемые лопатки газовых турбин, М.: Наука. 1983. 148 c. [Kopelev S. Z. Cooled turbine blades, Moscow, Nauka, 1983, 148. (In Rus.)]
- Yeranee K., Yu R. A. O. A review of recent studies on rotating internal cooling for gas turbine blades, Chinese Journal of Aeronautics, 2021, 34(7), 85–113.
- Иноземцев А. А. Газотурбинные двигатели. Пермь: ОАО «Авиадвигатель». 2006. 1202 с. [Inozemtsev A. A. Gas turbine engines, Perm, OAO “Aviadvigatel”, 2006, 1202. (In Rus.)]
- Han J. C., Dutta S. Internal convection heat transfer and cooling: An experimental approach, Lecture series-van Kareman Institute for fluid dynamics, 1995, 5, 1–147.
- Han J. C., Zhang Y. M., Lee C. P. Augmented heat transfer in square channels with parallel, crossed, and V‑shaped angled ribs, Journal of Heat Transfer, 1991, 113(3), 590–596.
- Otto M. et al. Investigation of endwall heat transfer in staggered pin fin arrays, Journal of Turbomachinery, 2021, 143, 2, 021009.
- Соколов Н. П., Полищук В. Г., Андреев К. Д. Теплообмен в каналах прямоугольного сечения со скрещивающимся оребрением, Научно-технические ведомости СПбПУ, 2013, 178(3), 3, 17–27. [Sokolov N. P., Polischuk V. G., Andreev K. D. Heat transfer in rectangular channels with crossed fins, Nauchno-tehnicheskie vedomosti SPbPU, 2013, 178(3), 3, 17–27 (In Rus.)]
- Batukhtin S., Batukhtin A., Baranovskaya M. Water-air regenerative heat exchanger with increased heat exchange efficiency, E 3S Web of Conferences, 2021, 295, 04005.
- Rogalev A. N., S. K. Osipov, I. V. Shevchenko, P. A. Bryzgunov, A. N. Vegera. Investigation of Thermohydraulic Processes in Cooling Channels of a Blade for a High-Temperature Carbon Dioxide Turbine, Thermal Engineering, 2023, 70(10), 727–735.
- I. V. Shevchenko, N. D. Rogalev, V. O. Kindra, S. K. Osipov, D. M. Rostova. Numerical analysis of the influence of turbulators constructive features on heat transfer in gas turbine blade cooling channels, International Journal of Applied Engineering Research, 2017, 17(12), 6853–6861.
