در یک توربین گاز (gas turbine) برای نسبت فشار مشابه، هر چه دمای ورودی به توربین بالاتر رود، بالا راندمان حرارتی بیشتر میشود. اما دمای بالا میتواند به آسیب به توربین منجر شود. بنابراین برای افزایش دما، خنککاری پره ضروری میشود.
خنککاری قطعات و پرههای توربین (turbine blades) را میتوان با خنککاری با هوا (air cooling) یا مایع (liquid cooling) به دست آورد. به نظر میرسد که خنککاری با مایع به دلیل ظرفیت حرارتی ویژه بالا و شانس خنککاری تبخیری جذابتر باشد؛ اما میتواند مشکل نشتی، خوردگی، خفگی (choking) و مانند آن ایجاد کند. از طرف دیگر خنککاری با هوا اجازه میدهد که هوا را بدون هیچ مشکلی به جریان اصلی تخلیه کنیم. مقدار هوای مورد نیاز برای این منظور 1 تا 3 درصد از جریان اصلی است و دمای پره را می توان 200 تا 300 درجه سانتیگراد کاهش داد. انواع بسیاری از روشهای خنککاری در پرههای توربین گاز مورد استفاده قرار میگیرند؛ جابهجایی (convection)، فیلم (film)، خنککاری تبخیری (transpiration cooling)، خنککاری نفوذی (cooling effusion)، خنککاری پین فین (pin fin cooling) و مانند آن که زیر بخشهای خنککاری داخلی و خارجی قرار میگیرند. در حالی که همه روشها اختلافات خود را دارند، همه آنها از هوای خنکتر که اغلب از کمپرسور گرفته میشود، به دفع حرارت از پرههای توربین میپردازند.
خنککاری داخلی پره توربین
خنککاری جابهجایی (convection cooling): با عبور هوای خنککاری از مسیرهای داخلی پره انجام میشود. حرارت توسط هدایت (conduction) از میان پرهها منتقل میشود و سپس به وسیله جابهجایی (convection) به جریان هوای داخل پره انتقال مییابد. در این روش، مساحت زیاد سطح داخلی مطلوب است، بنابراین مسیرهای خنککاری متمایل به شکل مارپیچ و پر از فینهای داخلی هستند. مسیرهای داخلی پره دارای شکل دایرهای یا بیضیگون هستند. خنککاری با عبور هوا از این مسیرها از مرکز به سمت نوک پره به انجام میشود. این هوای خنککاری از یک کمپرسور هوا میآید.
خنککاری برخوردی (impingement cooling): یک نوع از خنککاری همرفتی، خنککاری برخوردی است که با برخورد دادن سطح داخلی پره با هوای پر سرعت کار میکند. این کار اجازه میدهد تا نسبت به خنککاری جابهجایی معمول، حرارت بیشتری به وسیله جابهجایی منتقل شود. خنککاری برخوردی در مناطق دارای بیشترین بارهای حرارتی استفاده میشود. در مورد پرههای توربین، لبه جلویی (leading edge) دارای حداکثر دما و در نتیجه بیشترین بار حرارتی (heat load) است. همچنین از خنککاری برخوردی در وسط پره نیز استفاده میشود. پرهها توخالی و دارای یک هسته هستند. مسیرهای خنککاری داخلی وجود دارند که هوای خنککاری از لبه جلویی وارد میشود و به سمت لبه عقبی (trailing edge) خارج میشود.
خنککاری قطعات و پرههای توربین (turbine blades) را میتوان با خنککاری با هوا (air cooling) یا مایع (liquid cooling) به دست آورد. به نظر میرسد که خنککاری با مایع به دلیل ظرفیت حرارتی ویژه بالا و شانس خنککاری تبخیری جذابتر باشد؛ اما میتواند مشکل نشتی، خوردگی، خفگی (choking) و مانند آن ایجاد کند. از طرف دیگر خنککاری با هوا اجازه میدهد که هوا را بدون هیچ مشکلی به جریان اصلی تخلیه کنیم. مقدار هوای مورد نیاز برای این منظور 1 تا 3 درصد از جریان اصلی است و دمای پره را می توان 200 تا 300 درجه سانتیگراد کاهش داد. انواع بسیاری از روشهای خنککاری در پرههای توربین گاز مورد استفاده قرار میگیرند؛ جابهجایی (convection)، فیلم (film)، خنککاری تبخیری (transpiration cooling)، خنککاری نفوذی (cooling effusion)، خنککاری پین فین (pin fin cooling) و مانند آن که زیر بخشهای خنککاری داخلی و خارجی قرار میگیرند. در حالی که همه روشها اختلافات خود را دارند، همه آنها از هوای خنکتر که اغلب از کمپرسور گرفته میشود، به دفع حرارت از پرههای توربین میپردازند.
خنککاری داخلی پره توربین
خنککاری جابهجایی (convection cooling): با عبور هوای خنککاری از مسیرهای داخلی پره انجام میشود. حرارت توسط هدایت (conduction) از میان پرهها منتقل میشود و سپس به وسیله جابهجایی (convection) به جریان هوای داخل پره انتقال مییابد. در این روش، مساحت زیاد سطح داخلی مطلوب است، بنابراین مسیرهای خنککاری متمایل به شکل مارپیچ و پر از فینهای داخلی هستند. مسیرهای داخلی پره دارای شکل دایرهای یا بیضیگون هستند. خنککاری با عبور هوا از این مسیرها از مرکز به سمت نوک پره به انجام میشود. این هوای خنککاری از یک کمپرسور هوا میآید.
خنککاری برخوردی (impingement cooling): یک نوع از خنککاری همرفتی، خنککاری برخوردی است که با برخورد دادن سطح داخلی پره با هوای پر سرعت کار میکند. این کار اجازه میدهد تا نسبت به خنککاری جابهجایی معمول، حرارت بیشتری به وسیله جابهجایی منتقل شود. خنککاری برخوردی در مناطق دارای بیشترین بارهای حرارتی استفاده میشود. در مورد پرههای توربین، لبه جلویی (leading edge) دارای حداکثر دما و در نتیجه بیشترین بار حرارتی (heat load) است. همچنین از خنککاری برخوردی در وسط پره نیز استفاده میشود. پرهها توخالی و دارای یک هسته هستند. مسیرهای خنککاری داخلی وجود دارند که هوای خنککاری از لبه جلویی وارد میشود و به سمت لبه عقبی (trailing edge) خارج میشود.