Улучшение характеристик переходных воздуховодов в аэрокосмической отрасли с помощью современных жаропрочных сплавов Россия

Переходная секция: ключевой мост, соединяющий камеру сгорания и турбину.

Форма переходного участка обычно представляет собой постепенно меняющуюся трубу. Площадь его поперечного сечения постепенно увеличивается от компрессора к камере сгорания. Это связано с тем, что скорость воздушного потока и давление на выходе из компрессора высоки, и необходимо уменьшить скорость воздушного потока за счет увеличения площади поперечного сечения, чтобы воздушный поток мог лучше смешиваться с топливом и стабильно сжигаться в камере сгорания. Его длина варьируется в зависимости от общей конструкции и требований к производительности газовой турбины. В общем, его конструкция длины должна учитывать равномерный переход воздушного потока и минимизацию потери давления.

Поскольку переходная секция должна выдерживать высокую температуру и давление, особенно переходная секция от выхода камеры сгорания до турбины, она должна столкнуться с очисткой высокотемпературным дымовым газом. Поэтому обычно используются жаропрочные сплавы, такие как сплавы на основе никеля. С точки зрения производственного процесса может быть задействована технология точного литья, чтобы гарантировать, что ее внутренняя поверхность гладкая и уменьшить сопротивление трения воздушного потока. В то же время некоторые переходные секции также будут использовать конструкцию внутренних охлаждающих каналов для снижения температуры компонентов путем введения охлаждающего воздуха для обеспечения ее структурной целостности и стабильной работы в условиях высоких температур.

При переходе от компрессора к камере сгорания основной функцией является регулировка скорости и давления воздушного потока. Скорость воздушного потока на выходе компрессора высока, в то время как для камеры сгорания требуется относительно низкоскоростной воздушный поток для обеспечения достаточного смешивания и стабильного сгорания топлива и воздуха. Переходная секция снижает скорость воздушного потока, а давление соответственно изменяется для удовлетворения требований входа в камеру сгорания через ее постепенно изменяющуюся площадь поперечного сечения. От камеры сгорания к турбине переходная секция должна обеспечивать равномерный вход высокотемпературного и высокоскоростного газа в турбину для обеспечения того, чтобы турбина могла эффективно извлекать энергию из газа. 

Конструкция переходной секции имеет решающее значение для обеспечения равномерного потока воздуха. В газовой турбине как смешивание топлива и воздуха в камере сгорания, так и рабочий процесс газа в турбине требуют равномерного распределения потока воздуха. Неравномерный поток воздуха может привести к таким проблемам, как неполное сгорание, локальный перегрев или неравномерное усилие на лопатках турбины. Переходная секция направляет поток воздуха для равномерного течения через специальные внутренние структуры, такие как направляющие лопатки и постепенные формы стенок, тем самым улучшая производительность и надежность всей системы газовой турбины.

Переходная секция между камерой сгорания и турбиной напрямую влияет на рабочие характеристики турбины. Если переходная секция не может равномерно направлять высокотемпературный газ в турбину, лопатки турбины будут подвергаться неравномерной тепловой и механической нагрузке. Это не только снизит эффективность турбины, но и может привести к повреждению лопаток турбины и сократить срок службы газовой турбины. Кроме того, потеря давления в переходной секции также повлияет на давление газа на входе в турбину, тем самым влияя на рабочие характеристики турбины.