Покращення продуктивності аерокосмічних перехідних повітроводів за допомогою найсучасніших термостійких сплавів Україна

Перехідна секція: ключовий міст, що з'єднує камеру згоряння і турбіну

Форма перехідної ділянки зазвичай являє собою трубу, що поступово змінюється. Площа його поперечного перерізу поступово збільшується від компресора до камери згоряння. Це пояснюється тим, що швидкість повітряного потоку і тиск на виході з компресора високі, і необхідно зменшити швидкість повітряного потоку за рахунок збільшення площі поперечного перерізу, щоб повітряний потік міг краще змішуватися з паливом і стабільно згоряти в камері згоряння. Його довжина змінюється залежно від загальної конструкції та вимог до продуктивності газової турбіни. Загалом, конструкція його довжини повинна враховувати рівномірний перехід повітряного потоку та мінімізацію втрат тиску.

Оскільки перехідна секція має витримувати високу температуру та тиск, особливо перехідна секція від виходу з камери згоряння до турбіни, вона має стикатися з розмиванням високотемпературного газу згоряння. Тому зазвичай використовуються високотемпературні сплави, такі як сплави на основі нікелю. Що стосується виробничого процесу, технологія точного лиття може бути задіяна, щоб забезпечити гладкість внутрішньої поверхні та зменшити опір тертя повітряного потоку. У той же час деякі перехідні секції також матимуть конструкцію внутрішніх каналів охолодження, щоб знизити температуру компонентів шляхом введення охолоджуючого повітря для забезпечення структурної цілісності та стабільної роботи в середовищах з високою температурою.

Під час переходу від компресора до камери згоряння основною функцією є регулювання швидкості та тиску повітряного потоку. Швидкість повітряного потоку на виході з компресора є високою, тоді як камера згоряння потребує відносно низької швидкості потоку повітря для забезпечення достатнього змішування та стабільного згоряння палива та повітря. Перехідна секція зменшує швидкість повітряного потоку та відповідно змінює тиск, щоб задовольнити вимоги входу в камеру згоряння завдяки поступово змінюваній площі поперечного перерізу. Від камери згоряння до турбіни перехідна секція повинна дозволяти високотемпературному та високошвидкісному газу рівномірно надходити в турбіну, щоб турбіна могла ефективно витягувати енергію з газу. 

Конструкція перехідної секції має вирішальне значення для забезпечення рівномірного потоку повітря. У газовій турбіні як змішування палива й повітря в камері згоряння, так і процес роботи газу в турбіні вимагають рівномірного розподілу повітряного потоку. Нерівномірний потік повітря може призвести до таких проблем, як неповне згоряння, локальний перегрів або нерівномірне зусилля на лопаті турбіни. Перехідна секція направляє потік повітря рівномірно через спеціальні внутрішні структури, такі як напрямні лопатки та поступові форми стінок, тим самим покращуючи продуктивність і надійність усієї газотурбінної системи.

Перехідна ділянка між камерою згоряння та турбіною безпосередньо впливає на робочі характеристики турбіни. Якщо перехідна секція не може рівномірно направляти високотемпературний газ у турбіну, лопаті турбіни зазнають нерівномірного термічного та механічного навантаження. Це не тільки знизить ефективність турбіни, але також може призвести до пошкодження лопатей турбіни та скорочення терміну служби газової турбіни. Крім того, втрата тиску в перехідній секції також впливатиме на тиск газу на вході в турбіну, тим самим впливаючи на працездатність турбіни.