Рис. 4. Схемиробочихдільницьзежекторними пристроями: Рис. 5. Варіанти конструкцій екранів з ежекторними каналами: Рис. 6. Температурний стан диску з ежекторними пристроями у стаціонарних умовах теплообміну: Рис. 8. Робоча ділянка експериментальної установки для візуализації роботи ежекторного каналу: 1. Салов Н.Н. Интенсификация теплообмена в полостях роторов ГТД / Н.Н. Салов, В.М. Бубенцов, Н.Н. Федаренко, А.А. Харченко // Авiацiйно-космiчна технiка i технологiя. – 2001. – Вып.26. – С.142 – 143. Здобувачем отримано експериментальні дані з профілів температури дисків з екрануванням і ежекторними каналами. 2. Салов Н.Н. Проблемы уменьшения температурных напряжений в дисках газотурбинных двигателей / Н.Н. Салов, А.А. Харченко // Новые технологии в машиноприборостроении и на транспорте: матер. междунар. научн.-техн. конф. — Севастополь, 10–14 сент. 2001 г. – Севастополь, 2001. – С.317-319. 3. Салов Н.Н. К расчету теплоотдачи дисков осевых компрессоров ГТД / Н.Н. Салов, В.А. Бенжицкий, А.А. Харченко // Авiацiйно-космiчна технiка i технологiя. – 2002. – Вып.30. – С.161. Здобувачем досліджено вплив витрати охолоджуючого 4. Салов Н.Н. К уменьшению температурных напряжений в дисках роторов осевых компрессоров ГТД / Н.Н. Салов, В.А. Бенжицкий, А.А. Харченко // Труды третьей российской национальной конференции по теплообмену. Москва, 21–25 октября 2002 г. – Т. 7. Теплопроводность, теплоизоляция. —М.: Изд-во МЭИ, 2002. – С.251–253. Здобувачем досліджено вплив типу охолоджуючих пристроїв різної конструкції на температурний стан охолоджуваних дисків. 5. Салов Н.Н. Расчет температурных полей дисков роторов осевых компрессоров / Н.Н. Салов, А.А. Харченко, Г.В. Горобец // Вестник двигателестроения. – 2003. – №1. – С. 85–86. Здобувачем уточнено значення коефіцієнтів для розрахункових залежностей. 6. Салов Н.Н. Расчет граничных условий теплообмена дисков осевых компрессоров ГТД / Н.Н. Салов, Н.Н. Бубенцов, Г.В. Горобец, А.А. Харченко // Вестник двигателестроения. – 2004. – №2. – С.113–115. Здобувачем отримано розрахункові залежності для визначення профілю температур. 7. Харченко А.А. К управлению температурным состоянием дисков роторов осевых компрессоров ГТД / А.А. Харченко // Авиационно-космическая техника и технология. – 2005. – №10. – С.170–172. 8. Горобец Г.В. Исследование работоспособности устройств для уменьшения температурных напряжений в дисках ГТД / Г.В. Горобец, А.А. Харченко // матер. междунар. науч.-техн. конф. Энергомашиностроение – 2006, Севастополь, 17–20 мая 2006 г. — Севастополь, – 2006. – С. 28. Здобувачем отримано 9. Салов Н.Н. Исследование температурного состояния экранированных роторов ГТД с эжекторными устройствами / Н.Н. Салов, А.А. Харченко, Г.В. Горобец, В.М. Бубенцов // Авиационно-космическая техника и технология. – 2006. – №8. – С.117–120. Здобувачем визначено вплив величини гідравлічного опору осьового каналу екранованого диска з ежекторними каналами і площі екранування на профіль температури по радіусу диска. 10. Салов Н.Н. Здобувачем виконано аналіз термонапруженого стану дисків. 11. Пат. №77163 Україна, МПК F02C 7/12. Ротор турбомашини з комбінованим прокачуванням повітря / М.М. Салов, А.О. Харченко; заявник та патентовласник Севастопольський національний технічний університет. — № 2003043991; Заяв. 30.04.2003; Опубл. 15.11.2006, Бюл. №11. Здобувачем запропоновано конструкцію ежекторного каналу. 12. Пат. №77949 Україна, МПК F02C 7/12, F01D 5/02. Екранований ротор турбомашини з осьовим прокачуванням повітря / М.М. Салов, А.О. Харченко, Г.В. Горобець; заявник та патентовласник Севастопольський національний технічний університет. — № 2003044016; заявл. 30.04.2003; опубл. 15.02.2007, Бюл. №2. Здобувачем запропоновано розміщення отворів для охолоджуючого повітря на периферії екрана. 13. Пат. №78219 Україна, МПК F02C 7/12 Екранований ротор турбомашини з автоматичним регулюванням теплообміну / М.М. Салов, В.Ф. Худяков, А.О. Харченко; заявник та патентовласник Севастопольський національний технічний університет. — №2004031621; заявл. 05.03.2004; опубл. 15.03.2007, Бюл. №3. Здобувачем розроблено конструкцію ежекторних каналів з термочутливими елементами. АНОТАЦІЯ Харченко А.О. Зменшення радіальної нері вномірності температурних полів у дисках роторів ГТД дискобарабанної конструкції|. — Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.03 — двигуни та енергетичні установки. Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Харкiв, 2008. Дисертація присвячена вирішенню задачі зменшення радіальної нерівномірності температурних полів у дисках роторів ГТД дискобарабанної конструкції за допомогою застосування пристроїв, що використовують динамічний напір осьового потоку повітря, що відбирається на охолоджування двигуна. На основі виконаних експериментальних досліджень виявлено, що найбільш ефективне зменшення нерівномірності температури за радіусом диска забезпечується при екрануванні диска з ежекторними каналами. На основі експериментальних даних одержані формули для розрахунку розподілу температури за радіусом екранованого і неекранованого дисків. Обґрунтовано можливість зменшення температурних напружень дисків роторів за допомогою застосування пристроїв зежекторними каналами, що дозволяє збільшити запас міцності диска. При підвищених вимогах до масогабаритних показників маса диска може бути зменшена в порівнянні з неекранованим при рівних запасах міцності. Ключові слова : газотурбінні двигуни, диски роторів, температурний і напружений стан, ежекторні пристрої. АННОТАЦИЯ Харченко А.А. Уменьшение радиальной неравномерности температурных полей в дисках роторов ГТД дискобарабанной конструкции. — Рукопись. Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.05.03 — двигатели и энергетические установки. Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского «Харьковский авиационный институт», Харьков, 2008. Диссертация посвящена решению задачи уменьшения радиальной неравномерности температурных полей в дисках роторов ГТД дискобарабанной конструкции посредством применения устройств, использующих динамический напор осевого потока воздуха, отбираемого на охлаждение двигателя. Увеличение температуры газа перед турбиной наряду с увеличением степени повышения давления воздуха в компрессоре является основным направлением совершенствования ГТД. Проведенный информационный обзор показал, что способы, применяемые в настоящее время для охлаждения дисков роторов ГТД, не лишены недостатков, так как не обеспечивают уменьшения перепада температур по радиусу дисков ротора. Это вызывает в дисках роторов осевых компрессоров и в дисках каскада турбин высокого давления термические напряжения, которые в значительной мере определяют их напряженное состояние. В связи с этим при проектировании высокотемпературных двигателей актуальным является уменьшение перепада температуры по радиусу диска для снижения температурных напряжений на стационарных и переходных режимах работы. С целью уменьшения радиальной неравномерности температурного поля диска были спроектированы два типа устройств, использующих динамический напор осевого потока охлаждающего воздуха для воздействия на циркуляцию воздуха в междисковых полостях ротора. Экспериментальные исследования температурного состояния дисков, оснащенных различными вариантами разработанных устройств проводились на экспериментальной установке, рабочий участок которой представлял собой пятиступенчатый ротор дискобарабанной конструкции с электронагревателем, расположенным на боковой поверхности барабана. Охлаждающий воздух от высоконапорной воздуходувки через воздухоподводящее устройство прокачивался вдоль оси ротора рабочего участка через кольцевые зазоры между ступицами дисков ротора и центральным валом и удалялся через отверстия в валу ротора. Термометрирование дисков осуществлялось хромель-алюмелевыми термопарами, выведенными через ртутный токосъемник на аналого-цифровой многоканальный преобразователь, подключенный к ЭВМ. В результате исследования температурного состояния дисков выявлено, что применение устройств, конструкция которых предусматривает изменение направления части осевого потока охлаждающего воздуха от центра к периферии полости, нецелесообразно, так как динамического напора воздуха, направляемого устройством в полость ротора, недостаточно, чтобы воздействовать на циркуляцию, которая установилась в полости под действием разности плотностей воздуха в поле массовых сил. Установлено, что эффективно воздействуют на циркуляцию воздуха в полости ротора устройства, принцип действия которых основан на эжекции из полости ротора горячего слоя, который формируется на поверхности проставочных колец и диска, что способствует разогреву ступичной части диска. Наиболее эффективное уменьшение неравномерности температуры по радиусу диска обеспечивается при экранировании диска и размещении под его ступицей эжекторных каналов. Эжектор представлял собой выступ трапециевидной формы на поверхности экрана со стороны торца ступицы. В конце расширяющегося выступа имелось отверстие. При обтекании эжектора оторвавшийся пограничный слой оттесняет потенциальное течение, в результате давление за срезом канала понижается, что приводит к эжектированию воздуха, находящегося между экраном и диском. Воздух, прокачиваемый таким образом вдоль поверхности диска к оси вращения ротора, переносит теплоту от периферии диска к его ступице, что снижает перепад температуры по радиусу диска. Исследовано температурное состояние дисков, оснащенных описанными устройствами, при различных частотах вращения ротора, плотностях теплового потока, расходах охлаждающего воздуха. Работоспособность эжекторных каналов при величине окружных и осевых чисел Рейнольдса, характерных для реальных ГТД, подтверждена визуальными экспериментальными исследованиями. По результатам обобщения экспериментальных данных уточнены зависимости для расчета температуры дисков роторов с осевым течением охлаждающего воздуха, впервые получены безразмерные зависимости для расчета распределения температуры по радиусу экранированных дисков с эжекторными устройствами. Найденные расчетные зависимости, содержащие числа подобия и безразмерные множители, учитывают режимные и конструктивные параметры, определяющие температурное состояние дисков во вращающихся полостях. Расчетные примеры подтверждают возможность уменьшения температурных напряжений в дисках роторов за счет снижения радиальной неравномерности температур посредством применения устройств с эжекторными каналами, что позволяет увеличить запас прочности диска в опасных сечениях. При повышенных требованиях к массогабаритным показателям масса диска может быть уменьшена по сравнению с неэкранированным при равных запасах прочности. Ключевые слова : газотурбинные двигатели, диски роторов, температурное и напряженное состояние, эжекторные устройства. ABSTRACT Kharchenko A.A. Reducing of radial nonuniformity of the temperature fields in the disk-drum GTE rotor disks. — The manuscript. The thesis for the degree of candidate of technical sciences, specialty 05.05.03 — engines and power plants. — National Aerospace University named by N.Ye.Zhukovsky «Kharkov aviation institute», Kharkov, 2008. The thesis is devoted to the problem of decreasing temperature fields nonuniformity along the radius of disks in the disk-drum GTE rotor disks by means of devices using dynamic pressure of axial cooling air stream. As a result of executed experimental researches it is exposed, that the most effective reducing of temperature nonuniformity along the radius of disk is provided by shielding of disk with the ejector cavities. On the basis of experimental data formulas for the computation of temperature along the radius of the shielded and unshielded disks are obtained. Possibility of diminishing of disk rotor temperature tensions by influence of devices with the ejector cavities is grounded, to increase the disk safety margin. At the rigid requirements to the mass and overall dimensions disk mass can be reduced as compared to unshielded one at the equal safety margins. Key words               содержание   ..  292  293  294   ..