Пленочным охлаждением

с испарительными вертикально-трубными пленочными аппаратами . . . с испарительно-горизонтально-труб-чатыми пленочными аппаратами . . термокомпрессионная ..... • комбинированная с испарительными пленочными и мгновенного вскипания аппаратами 104 12 67 1 193000 19000 19000 12000

1) принципу действия — испарительные, мгновенного вскипания, с пленочными аппаратами, с промежуточным теплоносителем, с кипением в псевдоожиженном слое;

кого типа, получили название дистилляционных опреснительных установок с испарительными аппаратами с нисходящей или восходящей пленкой жидкости или испарительными горизонтально-трубчатыми пленочными аппаратами со струйным (напорным) или свободным (безнапорным) орошением теплообменной поверхности.

Изучение возможных путей организации подачи опресняемой воды в ступени установки привело к созданию опреснительных установок с пленочными аппаратами. Такие схемы позволили повысить интенсивность тепло-

Рис. 1-9. Принципиальная схема установки с пленочными аппаратами при нисходящем и восходящем течении опресняемой воды.

Включенные в опреснительную установку аппараты с нисходящей пленкой работают в достаточно сложных условиях, зависящих от переменных нагрузок, степени вентиляции выделяющихся при испарении пленки газов, чистоты исходной воды, а также от интенсивности на-кипеобразования на внутренней поверхности труб. Более благоприятно процесс пленочной дистилляции протекает в установках с испарительными горизонтально-трубчатыми пленочными аппаратами, в которых образование пленки происходит при истечении опресняемой воды на горизонтально-расположенную трубную поверхность из специальных оросительных устройств. При этом подача

пленочными аппаратами.

На рис. 1-12 показана схема установки производительностью 3800 м3/сут с испарительными горизонтально-трубчатыми пленочными аппаратами, построенной в Израиле. Энергообеспечение установки предусмотрено от котельной, пар из которой подогревает воду, проходя последовательно все 12 ступеней установки. Вода после подогрева в конденсаторе частично сбрасывается, а остальная ее часть 'поступает в ступени испарения, содержащие горизонтально расположенные трубки из алюминия, по которым движется греющий пар. Нагрев воды на первой ступени 70°С. Конструктивно ступени выполнены таким образом, что в нижней части корпуса одних ступеней собирается рассол, а у других — частично охлажденный дистиллят. Конденсация вторичного пара завершается в основном конденсаторе. Хотя в подобной схеме регенерация теплоты ступеней меньше, чем в схеме рис. 1-Й, она имеет преимущества перед установкой, выполненной из отдельных разобщенных ступеней, так как оказывается более компактной и менее металлоемкой.

Благодаря накопленному за последние годы опыту проектирования опреснительных установок с пленочными аппаратами они на 25—30% менее металлоемки, чем установки мгновенного вскипания, позволяют повысить начальную температуру опресняемой воды и увеличить срок эксплуатации оборудования в безнакипном режиме.

/ — установка с пленочными аппаратами нисходящего типа; 2 —установка мгновенного вскипания.

сационной турбины, эффективнее установки с пленочными аппаратами как при одно-, так и при многолинейном расположении корпусов. Однако по мере роста общей мощности АЭС удельный расход электроэнергии для обоих типов установок становится одинаковым.

Рассмотрены методы расчета параметров систем охлаждения перфорированных лопаток газовых турбин с воздушным конвективно-пленочным охлаждением (определение эффективности газовой завесы на перфорированной поверхности, теплопроводности стенки и оптимальности системы вдува). Дан эксергетический метод выбора параметров системы подвода охладителя к лопаткам в системе двигателя.

Рассмотренные схемы внутреннего конвективного охлаждения могут обеспечить длительную работу лопаток при температурах газа не более 1450 ... 1500 К- При более высоких температурах газа необходимо применять более сложные комбинированные схемы охлаждения, где наряду с внутренним используется также внешнее, так называемое пленочное охлаждение (рис. 11.5). При пленочном охлаждении вокруг лопатки за счет вдувания охлаждающего воздуха создается заградительная пленка, что уменьшает теплоотдачу от горячих газов к лопаткам. При этом необходимо иметь в виду, что пленочное охлаждение, естественно, сопровождается и конвективным теплообменом. Так, например, лопатки с комбинированным конвективно-пленочным охлаждением турбины ТРДД TF-39, по данным фирмы Дженерал Электрик, обес-

Турбина компрессора имеет сопловые лопатки первой ступени с конвективно-пленочным охлаждением и конвективное охлаждение лопаток других венцов. Сопловые лопатки турбины составлены из секторов по две лопатки, что позволяет заменять поврежденные лопатки без разборки всего соплового аппарата, а также уменьшает утечки воздуха по стыкам полок. Турбина вентилятора не охлаждается. Сопловые лопатки ее устанавливаются сегментами, так же, как и в турбине компрессора. Рабочие лопатки турбины имеют бандажные полки и могут заменяться в роторе прямо на самолете. Вся турбина вентилятора представляет собой отдельный блок. Реактивное сопло внутреннего контура — нерегулируемое, с центральным телом, сопло внешнего контура — кольцевое.

Двигатель имеет трехступенчатый вентилятор с ВНА, у которого применены поворотные лопатки и семиступенчатый компрессор с поворотными направляющими аппаратами первых трех ступеней. Компактная камера сгорания двигателя — кольцевого типа с пленочным охлаждением стенок жаровой трубы. Турбины компрессора и вентилятора — охлаждаемые, причем в турбине компрессора применено интенсивное конвективно-пленочное охлаждение со струйным натеканием в сопловых и рабочих лопатках. Форсажная камера имеет смеситель воздушного и газового потоков, по-видимому, лепесткового типа. Реактивное сопло двигателя— сверхзвуковое, регулируемое, многостворчатое, охлаждается воздухом, отбираемым, от вентилятора для форсажной камеры. Двигатель имеет три опорных узла и четыре подшипника.

Улучшение параметров турбин должно происходить при увеличении температуры газа на входе в турбину. Несмотря на высокий уровень совершенства систем охлаждения современных турбин, техника охлаждения имеет еще достаточные перспективы развития. В частности, в конструкции охлаждаемых рабочих лопаток должны более широко применяться схемы с внутренним струйным и внешним пленочным охлаждением, которые успешно освоены в сопловых лопатках. Кроме того, в систему охлаждения при высоких степенях повышения давления в компрессоре целесообразно ввести теплообменник для увеличения хладоресурса воздуха. С этой же целью предлагается использование специальных турбо-

Химическое осаждение из паровой фазы (CVD). При химическом осаждении из паровой фазы происходит введение в камеру с образцами паров заданного состава, создаваемых на независимой стадии процесса, и их взаимодействие с поверхностью деталей. Основное преимущество метода по сравнению с твердофазным диффузионным насыщением из засыпок заключается в том, что он позволяет наносить покрытия на • поверхности внутренних каналов змеевиков охлаждения аэродинамических элементов с пленочным охлаждением. Пары могут прогоняться насосами через внутренние каналы, обеспечивая получение однородных покрытий хорошего качества даже при очень сложной геометрии этих каналов. (При диффузионном насыщении из засыпок небольшое количество паров, из которых происходит осаждение материала покрытия, также может проникать во внутренние каналы через охлаждающие отверстия, однако "рассеивающая способность" метода очень ограничена). Другим преимуществом метода химического осаждения из паровой фазы является гибкость его управления, позволяющая формировать паровую фазу нужного состава. Это обусловлено тем, что термодинамика формирования

Ни один из известных методов нанесения оверлейных покрытий, однако, не может быть использован для осаждения защитных покрытий на внутренние каналы аэродинамических деталей с пленочным охлаждением. В этом случае для обеспечения полной защиты детали применяются гибридные покрытия, состоящие из оверлейных покрытий на внешних поверхностях детали и алюминидных покрытий, наносимых из паровой фазы, — на внутренних. Гибридные покрытия плучают все более широке распространение в промышленности для защиты суперсплавов. Такие покрытия состоят из двух или более слоев разного состава, наносимых одним и тем же или разными методами. Их применение позволяет обойти осложнения, связанные с нежелательной взаимной диффузией элементов покрытия и подложки и, тем самым, преодолеть ограничения на применение оверлейных покрытий. Например, повышенная стойкость CoCrAlY покрытия к горячей коррозии может обес-

Стационарные направляющие лопатки первой ступени турбины расположены у выхода камеры сгорания и предназначены для того, чтобы ускорить горячий рабочий поток и развернуть его для входа в следующую, роторную часть под соответствующим углом. Через направляющие, или сопловые лопатки первой ступени газы проходят с самой высокой скоростью. Здесь температура газов снижается от температуры газового факела только за счет смешения с воздухом, поступающим от компрессора специально для этого смешения и охлаждения. На следующих ступенях температура рабочего потока понижается только за счет совершения работы. При такой рабочей среде требуется принудительное охлаждение металла сопловых лопаток первой ступени. Сопло турбины высокого давления (см. рис. 2.7) — это сегментная сборка, привинченная к камере сгорания. Конвекция и отражение пламени в сочетании с пленочным охлаждением обеспечивают необходимое ограничение его температуры.

Рис. 4.38. Достоинства и недостатки конвективного и отражательного охлаждения (а) по сравнению с пленочным охлаждением (б) лопаточного аппарата ГТ

Газовая турбина — трехступенчатая, она состоит из трех составных дисков, разделенных промежуточными дисками. Бандажные полки второй и третьей ступеней подавляют вибрации, обеспечивают минимальные торцевые зазоры рабочих лопаток, позволяя улучшить эксплуатационные характеристики и увеличить КПД ГТ. Первая ступень турбины имеет защитное покрытие и охлаждается конвекцией и натеканием, а также пленочным охлаждением. Для уменьшения протечек при изготовлении второй и третьей турбинных ступеней используется специальный материал сотового типа, применяемый в авиационных двигателях.

Приложение 10 РАБОЧАЯ (а) И СОПЛОВАЯ (<5) ЛОПАТКИ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ ГТУ СЕРИИ «ЗА» С ПЛЕНОЧНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ (SIEMENS)

ГТУ серии «ЗА» с пленочным охлаждением (Siemens)......... 563