6 / 12
А.В. Колычев, В.А. Керножицкий
6
Инженерный журнал: наука и инновации
# 5·2016
С учетом данных, представленных на рис. 3 и 4, и значений
А
вых
можно ожидать, что снижение температуры лопаток турбин суще-
ствующих ГП может достигнуть 300
°
C. Одновременно появляется
возможность значительно (в 4–6 раз) повысить тепловую нагрузку на
лопатки турбины и другие высокотемпературные элементы ГП.
Следует отметить, что существуют слои с работой выхода около
1,3 эВ (например, ZnO) и ниже, а значит, можно достигнуть еще
большего снижения температуры лопаток турбины.
Применение предлагаемого устройства охлаждения лопаток тур-
бин позволит создавать ГП, намного превосходящие по основным
характеристикам лучшие иностранные образцы. При этом предпола-
гается использовать исключительно отечественную технологическую
базу и научный задел по термоэлектронной эмиссии и термоэмисси-
онному преобразованию, опережающий по уровню аналогичные за-
рубежные научные исследования на 5–10 лет.
Достоинства и перспективы использования термоэмиссион-
ного способа охлаждения.
На основании проведенных расчетов
можно отметить следующие достоинства разрабатываемого ТЭСО
лопаток турбины:
увеличение КПД до 50…75
% — достигается за счет:
•
повышения температуры рабочего тела перед турбиной до
2 800
°
C (достоверно известно, что поток теплоты, отводимой электро-
нами, может достигать значения 1,5…9,0 МВт/м
2
и даже превосходить
его, при этом тепловые потоки нагрева лопаток составляют около
0,5…2,5 МВт/м
2
);
•
генерации дополнительной электрической энергии, которая
является частью тепловой энергии нагрева лопаток, унесенной
электронами эмиссии;
увеличение надежности и долговечности ГП
— достигается благо-
даря:
•
исключению необходимости в специальных каналах, в которых
циркулирует газ (воздух) для охлаждения лопаток турбин;
•
реализации электронного охлаждения, интенсивность которого
практически экспоненциально возрастает при увеличении температу-
ры, что позволяет снизить локальные и общие температурные пере-
пады, температурные напряжения и темп нагрева, а также исключить
возникновение больших температурных напряжений в элементах ГП
на этапах пуска и останова, в том числе многократных;
•
диагностике теплового состояния турбины и других высоко-
температурных элементов в режиме реального времени по количе-
ству воспринимаемых анодом электронов эмиссии;
снижение стоимости изготовления и эксплуатации ГП и их эле-
ментов
— достигается в результате: