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Estudio sobre el Impacto de los Cambios en los Parámetros de Aire de Enfriamiento en la Vida Útil por Fatiga Térmica de las Palas de Turbina con Enfriamiento por Película

Autores: Sun, Huayang; Yang, Xinlong; Chen, Yingtao; Ai, Yanting; Zhang, Wanlin

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Estudio sobre el Impacto de los Cambios en los Parámetros de Aire de Enfriamiento en la Vida Útil por Fatiga Térmica de las Palas de Turbina con Enfriamiento por Película


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Enfriamiento por película
Superficies de las palas
Fallo por fatiga
Efectividad del enfriamiento
Distribución de tensiones
Parámetros del aire de enfriamiento

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 28

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
El enfriamiento por película se ha aplicado cada vez más en el diseño de enfriamiento de palas de turbina debido a su excelente rendimiento de enfriamiento. Aunque las palas enfriadas por película demuestran una efectividad de enfriamiento superior, el diseño de perforaciones en las superficies de las palas compromete la integridad estructural, haciendo que la falla por fatiga sea propensa a ocurrir en los agujeros de enfriamiento. Estudios previos de académicos nacionales e internacionales han investigado extensamente los factores que influyen en la efectividad del enfriamiento por película, incluyendo la relación de soplado y las configuraciones de geometría de los agujeros. Sin embargo, la mayoría de las investigaciones han pasado por alto la investigación de la vida útil por fatiga en las palas enfriadas por película. Este artículo investiga sistemáticamente la vida útil por fatiga de las palas bajo varios parámetros de aire de enfriamiento al analizar las relaciones entre la efectividad de enfriamiento, la distribución de tensiones y la vida útil por fatiga. Los resultados indican que las concentraciones máximas de tensión ocurren en las ubicaciones de los agujeros de enfriamiento y cerca de la raíz de la pala en las regiones del borde de salida. Si bien los agujeros de enfriamiento reducen efectivamente la temperatura de la superficie de la pala, simultáneamente crean zonas de concentración de tensión alrededor de las aperturas. Tanto la presión como la temperatura del aire de enfriamiento excesivas e insuficientes reducen la vida útil térmica por fatiga, identificándose como parámetros óptimos una temperatura de enfriamiento de 600 K y una presión de 0.75 MPa, logrando una vida útil térmica máxima por fatiga de 3400 ciclos para esta configuración de pala. Se estableció una plataforma de prueba de choque térmico para realizar experimentos de fatiga bajo condiciones de enfriamiento seleccionadas. Se observaron trazas iniciales de daño por fatiga en los agujeros de enfriamiento después de 1000 ciclos, con una expansión progresiva del daño observada. A los 3000 ciclos, los agujeros de enfriamiento cerca de las regiones de la punta de la pala mostraron la falla más severa, demostrando una degradación funcional casi completa. Estos hallazgos proporcionan referencias críticas para la selección de parámetros de enfriamiento en aplicaciones prácticas de motores aéreos de palas enfriadas por película.

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