Kompressorkort - Compressor map

En kompressor kort er et diagram , som viser ydeevnen af en turbomaskineri kompressor . Denne type kompressor bruges i gasturbinemotorer , til superladning af frem- og tilbagegående motorer og til industrielle processer, hvor den er kendt som en dynamisk kompressor. Et kort er oprettet ud fra kompressorriggetestresultater eller forudsagt af et specielt computerprogram. Alternativt kan kortet over en lignende kompressor passende skaleres. Denne artikel er en oversigt over kompressorkort og deres forskellige applikationer og har også detaljerede forklaringer på kort til en blæser og mellem- og højtrykskompressorer fra en treakslet flymotor som specifikke eksempler.

Kompressorkort er en integreret del af forudsigelsen af ​​gasturbinens og turboladede motorers ydeevne, både ved design og off-design betingelser. De tjener også et kritisk formål med at vælge de korrekte kompressorer til industrielle processer.

Ventilatorer og møller har også betjeningskort, selvom sidstnævnte ser væsentligt anderledes ud end kompressorer.

Kompressor design

Et kompressorkort viser en kompressors driftsområde, og hvor godt den fungerer inden for dens driftsområde. To grundlæggende krav til den gas, der strømmer gennem en kompressor, forklarer, hvorfor den fungerer bedst i en designtilstand og ikke så godt ved andre forhold, kendt som off-design. For det første skal udgangsområdet være mindre end indløbsarealet, fordi den komprimerede gas har en højere densitet. Udgangsområdet er dimensioneret til at passere det specifikke volumen ved designtilstanden. For det andet er alle rotor- og statorblade i en aksial kompressor og impellerinduktor- og diffusorskovle i en centrifugalkompressor vinklet for at møde nærgående luft frontalt ved designtilstanden for at minimere tab af forekomst. Forekomsten tab reducerer effektiviteten af ​​komprimering. Tilfredsstillende drift af kompressoren er afhængig af at styre den vinkel, hvormed gassen nærmer sig roterende og stationære vinger inden for et acceptabelt område. Afvigelse fra det optimale resulterer først i øgede tab/reduceret effektivitet og derefter enten standsning eller lydhastighed/kvælning, der forekommer i bladpassagerne i modsatte ender af en aksial kompressor på samme tid. De forekommer også i en centrifugalkompressor ved indgang til løbehjulet og i diffusoren.

Kompressorens designpunkt vil være i et område med høj effektivitet, uanset om kompressoren er en del af en gasturbinemotor, eller om den bruges til at pumpe luft ind i en højovn. Kompressoren skal dog levere passende ydeevne ved andre driftsbetingelser pålagt den, hvilket betyder, at der kræves en høj effektivitet over et bredere driftsområde. I tilfælde af en gasturbinemotor skal motoren let kunne startes og accelereres hurtigt til konstruktionshastigheden, hvilket betyder, at den arbejder ved lavere hastigheder end konstruktionshastigheden. Ved hastigheder og strømme væk fra konstruktionspunktet er kompressorens strømningsreduktion ikke egnet til den faktiske densitetsstigning. En NACA -rapport illustrerer billedmæssigt forskellen i sammentrækning, der kræves ved designtilstanden og ved lav hastighed. For eksempel ved lavere hastigheder er gassen ikke blevet komprimeret nok til at forlade kompressoren uden at påvirke bladets angrebsvinkler gennem kompressoren. Væk fra konstruktionspunktet fortsætter de midterste etaper af en aksial kompressor med at fungere i omtrent den optimale angrebsvinkel, men de forreste trin afviger én vej, mod stall, og de bageste trin i den modsatte retning mod kvælning. Afvigelsen var acceptabel op til et konstruktionstrykforhold på ca. 5: 1, hvilket kun gav et effektivitetstab. Ved højere konstruktionstrykforhold forhindrede roterende stall, som forekommer ved lave korrigerede hastigheder, og kvælning var påkrævet ved indførelse af indløbsstyreskovle, der delvist lukkede ved lave hastigheder, eller ved at fjerne luft halvvejs langs kompressoren ved lave hastigheder. Rækker med variable statorer eller splitkompressorer, som gjorde det muligt for de forreste trin at fremskynde og bagenden at bremse i forhold til hinanden, ville også blive introduceret af samme grund. Når trykforholdene nåede omkring 12: 1 ville kompressorer inkorporere mere end en af ​​disse funktioner sammen.

Rettelser til roterende bod

Tidlige eksempler på forskellige løsninger til afhjælpning af roterende stall i de forreste etaper omfatter Rolls-Royce Avon med variable indløbsstyreskovle og mellemstegsblødning, General Electric J79 med variable indløbsstyreskovle og variable statorer, Bristol Olympus med splitkompressor og Pratt & Whitney J57 med splitkompressor og interkompressorblødning. Kompressorblødning indtil dette tidspunkt havde kun været nødvendig for at starte og accelerere ud over lave korrigerede hastigheder, hvor dens tab ved at fremstille produktionen fra dumping over bord ikke var vigtigt.

En yderligere udvikling var permanent kompressorblødning, der blev ført tilbage i motoren, hvor det bidrog til tryk. Den Rolls-Royce Conway havde en split kompressor med intercompressor bløder til jetpipe. En delt kompressor med dette bypass-arrangement tillod det højeste trykforhold for enhver Rolls-Royce-motor på det tidspunkt uden behov for variable indløbsstyreskovle eller mellemstegsblødning. Det var bedre kendt som et arrangement for bedre fremdriftseffektivitet, en bypass -motor. The Pratt & Whitney J58 anvendes mellemtrinskapsling overbord bleed til start og acceleration gennem lav korrigeret hastigheder, men da det vendte tilbage til disse hastigheder ved høje Mach beskæringen blev åbnet igen, men denne gang dirigeres til den jetpipe hvor det afkølet efterbrænder og dysen. Denne afkøling bidrog indirekte til at få mere brændstof til at blive brændt i efterbrænderen. Et lignende arrangement, men ved hjælp af en splitkompressor med interkompressorblødning til jetrøret, blev senere kendt som et 'utæt' turbojet, en bypassmotor med kun nok bypass til afkøling af efterbrænder og dyse.

Kompressor kort

Kompressorer pumper gas til en lang række applikationer, som hver har sin egen strømningsmodstand, som kompressoren skal opfylde for at holde gassen flydende. Et kort viser pumpeegenskaberne for det komplette spektrum af strømninger og trykkrav til dets anvendelse. Kortet kan fremstilles ved at køre kompressoren med en elektrisk motor med strømningsmodstanden kunstigt valgt ved hjælp af en gasventil med variabelt område. Kompressoren kan også kortlægges, hvis den er en del af en gasgenerator med en ventil ved turbineudgangen. Campbell viser en General Electric J79 kompressor kortlagt på denne måde.

Dimensionel analyse

Kompressorens ydeevne ændres dag for dag med ændringer i omgivelsestryk og temperatur. Woolenweber viser ændringen i ydeevnen for en turboladerkompressor, når indløbstemperaturen varierer mellem 70 og 100 grader F.I tilfælde af flykompressorer ændres indgangstryk og temperatur også med højde og lufthastighed. Præsentationen af ​​forskellige ydelser for hver kombination af indløbstemperatur og tryk ville være uhåndterlig, men det er muligt at sammenlægge det hele på et enkelt kort, som kan anvendes til en lang række indløbsforhold ved hjælp af dimensionsanalyse . I dimensionsanalyser grupperes individuelle størrelser som rotorhastighed, massestrømning og leveringstryk hver med andre relevante størrelser på en sådan måde, at grupperne ikke har dimensioner, men stadig har en fysisk betydning. For eksempel rotorhastighed , indløbstemperatur , kompressordiameter og gasegenskaber og grupperes sammen som dimensionsløse, hvilket svarer til bladets mach -nummer. ${\ displaystyle N}$${\ displaystyle T}$${\ displaystyle D}$${\ displaystyle \ gamma}$${\ displaystyle R}$${\ displaystyle ND/{\ sqrt {\ gamma \ R \ T}}}$

Parametergrupper, der anvendes som grundlag for gasturbinefremdrivningssystemer kompressor maps er total-tryk (P _exit / P _indløb ), , og effektivitet. er for eksempel forenklet nedenfor, mens den stadig er repræsentativ for mach -nummer. Kort til andre applikationer bruger hoved- eller udledningstryk og volumenstrøm. ${\ displaystyle w {\ sqrt {\ gamma \ R \ T}}/{AP}}$${\ displaystyle ND/{\ sqrt {\ gamma \ R \ T}}}$${\ displaystyle ND/{\ sqrt {\ gamma \ R \ T}}}$

For en bestemt kompressor og gas flow og hastighed grupper er forenklede, ved at slette de begreber, som er konstante for en bestemt kompressor og anvendelse, nemlig kompressor dimensioner og gas egenskaber , , og γ . De hedder pseudo-ikke-dimensionelle parametre og . ${\ displaystyle D}$${\ displaystyle A}$${\ displaystyle R}$${\ displaystyle w {\ sqrt {T}}/{P}}$${\ displaystyle N/{\ sqrt {T}}}$

Et sidste trin er at give de pseudo-ikke-dimensionelle parametre standardenheder for massestrømning og hastighed og mere genkendelige numeriske værdier ved at anvende tryk- og temperaturforholdskorrigeringsfaktorer, også afledt som en del af den dimensionelle analyse.

De korrigerede parametre er og . De har de samme enheder som de oprindelige observerede værdier og korrigeres til aftalte standardbetingelser, International Standard Atmosphere at sea level (ISA SL). Alternativt kan de vises i forhold til designværdien, hvor designværdien er angivet som enten 100% eller 1,0. ${\ displaystyle w {\ sqrt {\ theta}}/{\ delta}}$${\ displaystyle N/{\ sqrt {\ theta}}}$

Brændstoffet, der forbrændes i en gasturbinemotor, sætter kompressorens driftslinje og skal også bruges i 'ikke-dimensionel' form for at vise dens virkning på motorens drift. Det bruges som et forhold med forbrændertryk, når det vises på et kompressorkort. Korrigeret brændstofstrøm vises som _brændstof . Selvom både luft og brændstof er væskestrømme, er deres ikke-dimensionelle parametre forskellige, og fordi ikke-dimensionel luftstrøm er en form for flydende Mach-nummer, mens brændstof er strøm af en inkomprimerbar energikilde. Dimensionerne af luftstrømmen er M /t og brændstofstrømmen er ML ² /t ³ , hvor M, L og t er masse, længde og tid. ${\ displaystyle w}$ ${\ displaystyle =}$ ${\ displaystyle w/{\ sqrt {\ theta}} {\ delta}}$${\ displaystyle w {\ sqrt {\ theta}}/{\ delta}}$${\ displaystyle w/{\ sqrt {\ theta}} {\ delta}}$

Brændstofstrømmen er også vist på et kompressorkort, men i form af dens virkning, dvs. turbinens indløbstemperatur. Denne effekt vises igen ikke-dimensionelt som forholdet mellem turbineindløbstemperatur og kompressorindløbstemperatur og kendt som motortemperaturforhold. Grandcoing viser de konstante temperaturlinjer, der krydses, når en helikopterkompressor går fra tomgang til fuld belastning med øget brændstofstrøm.

Korrigering af observerede eller målte værdier til standarddagsforhold

Fra ligestillingen af ​​flowparametrene på to forskellige dage _{dag 1 dag 2} kan målte værdier på en dag korrigeres til dem, der ville blive målt på en standarddag, så, ${\ displaystyle (w {\ sqrt {T}}/{P})}$${\ displaystyle =}$ ${\ displaystyle (w {\ sqrt {T}}/{P})}$

${\ displaystyle w}$_corr hvor måles værdier og 519 degR og 14.7lb/sq in er standard dagstemperatur og tryk. ${\ displaystyle =}$ ${\ displaystyle = w {\ sqrt {T/519}}/(P/14.7)}$${\ displaystyle w, T, P}$

Temperatur- og trykkorrektionsfaktorerne er og , så _korr${\ displaystyle \ theta}$${\ displaystyle \ delta}$${\ displaystyle w}$ ${\ displaystyle =}$ ${\ displaystyle w {\ sqrt {\ theta}}/{\ delta}}$

For hastighed den korrigerede værdi _corr${\ displaystyle N}$ ${\ displaystyle =}$ ${\ displaystyle N/{\ sqrt {\ theta}}}$

Eksempel : En motor kører med 100% hastighed, og 107 lb luft kommer ind i kompressoren hvert sekund, og dagforholdene er 14,5 psia og 30 grader F (490 grader R).

På en standarddag ville luftstrømmen være 105,2 lb/sek. Hastigheden er 103%. Disse korrigerede værdier er, hvad der ville vises på kompressorkortet for denne særlige motor. ${\ displaystyle = 107 {\ sqrt {490/519}}/(14,5/14,7)}$${\ displaystyle = 100/{\ sqrt {490/519}}}$

Dette eksempel viser, at en kompressor kører aerodynamisk hurtigere på en 'kold' dag og ville være langsommere på en 'varm' dag. Da 'dag' -forholdene er dem, der er ved indgangen til kompressoren, frembringes en ekstremt' varm 'dag kunstigt ved temperaturstigning ved høje Mach -tal. Den aerodynamiske hastighed er lav nok, på trods af at motoren kører med sin 100% nominelle mekaniske hastighed, for at komme ind i den roterende stall -region på kortet, så en motor, der arbejder med disse Mach -numre, har brug for de passende funktioner. Den General Electric J93 havde variable indgangsstyrefinner skovle og statorer. The Pratt & Whitney J58 havde inter-fase bløder fra kompressoren og 2-stilling indløb ledeskovle. Den Tumansky R-15 havde pre-kompressor afkøling til reducere lufttemperaturen og undgå lav korrigeret hastigheder.

Kinematisk lighed

Grundlaget for at bruge korrigerede parametre på kortet er mach nummer kinematisk lighed . Korrigeret flow og hastighed definerer mach -numre gennem kompressoren og strømningsvinkler på bladene ved hjælp af hastighedstrekanter . Hastighedstrekanter gør det muligt at overføre strømme mellem forskellige referencerammer. I dette tilfælde konverteres gashastighed og omkredsbladhastighed i en stationær ramme til hastighed i en roterende ramme (rotor) passage. Tab i kniv- og vingerækker afhænger primært af indfaldsvinkler og mach -nummer. Et bestemt betjeningspunkt på kortet bestemmer maskinens tal og strømningsvinkler overalt i kompressoren.

Flyvning ved høje Mach -numre

Et historisk eksempel, Pratt & Whitney J58 , illustrerer betydningen af ​​at bruge korrigerede værdier. Roterende stall forekommer ved lave korrigerede hastigheder, så forekommer under start og også over tomgang. Det kan afhjælpes ved at åbne en udluftningsventil for at øge luftstrømmen. Ved meget høje flyvehastigheder vender kompressoren tilbage til dette lavkorrigerede hastighedsområde, så det samme driftspunkt forekommer ved lav rotationshastighed på jorden og maksimal rotationshastighed ved mach 3 i stor højde. Stalling, lav effektivitet, klingevibration og svigt, der plagede lave korrigerede hastigheder på jorden, er vendt tilbage ved 100% rotoromdrejninger pr. Minut ved mach 3. Det samme betjeningspunkt på kortet har de samme aksiale og perifere mach -tal, samme hastighedstrekanter, samme effektivitet på trods af at den faktiske rotorhastighed og kompressorens indløbstemperatur er 4750 RPM/60degF på jorden og 7.000 RPM/over 600 degF ved Mach 3. Det samme korrigerede driftspunkt krævede den samme løsning for at forhindre standsning og øge effektiviteten, som skulle udlufte luft fra 4. kompressortrin.

Driftsgrænser

Kompressoren har driftsgrænser ved ekstreme strømninger for en bestemt hastighed, som er forårsaget af forskellige fænomener. Stejlheden i højstrømningsdelen af ​​en konstant hastighedslinje skyldes virkningerne af komprimerbarhed. Placeringen af ​​den anden ende af linjen er placeret ved adskillelse af blad eller passage. Der er en veldefineret, lavstrømsgrænse markeret på kortet som en stall eller overspændingslinje, ved hvilken bladstall opstår på grund af positiv forekomstseparation. Ikke markeret som sådan på kort til turboladere og gasturbinemotorer er en mere gradvist nærmet grænse med høj strømning, hvor passager kvæler, når gashastigheden når lydens hastighed. Denne grænse er identificeret for industrielle kompressorer som overbelastning, choker, sonisk eller stenmur. Tilgangen til denne strømningsgrænse angives ved, at hastighedslinjerne bliver mere lodrette. Andre områder på kortet er områder, hvor svingende vingestop kan interagere med knivkonstruktionstilstande, der fører til fejl, dvs. roterende stall, der forårsager metaltræthed .

Driftsområder til forskellige applikationer

Forskellige applikationer bevæger sig over deres særlige kort ad forskellige stier. Et eksempelkort uden betjeningslinjer er vist som en billedreference med stall/overspændingslinjen til venstre og de stejle hastighedslinjer mod kvælning og overbelastning til højre.

Kort har lignende funktioner og generel form, fordi de alle gælder maskiner med roterende skovle, der bruger lignende principper til pumpning af en komprimerbar væske. Det er ikke alle maskiner, der har stationære lameller (centrifugalkompressorer kan enten have lameller uden skovl eller diffusorer). En kompressor, der fungerer som en del af en gasturbine eller turboladet motor, opfører sig imidlertid anderledes end en industriel kompressor, fordi dens strømnings- og trykegenskaber skal matche dens drivturbins og andre motorkomponenter, såsom effektturbine eller jetdyse til en gasturbine, og, for en turbolader motorens luftstrøm, der afhænger af motorhastighed og ladetryk. En forbindelse mellem en gasturbinkompressor og dens motor kan vises med linjer med konstant motortemperaturforhold, det vil sige effekten af ​​brændstof/øget turbintemperatur, der øger køreledningen, når temperaturforholdet stiger.

En manifestation af forskellig adfærd vises i kvælningsområdet på højre side af et kort. Det er en ubelastet tilstand i en gasturbine, turbolader eller industriel aksial kompressor, men overbelastning i en industriel centrifugalkompressor. Hiereth et al. viser en turbolader kompressor fuld belastning, eller maksimal brændstof, kurve løber tæt på overspændingslinjen. En gasturbinkompressor fuld belastningsledning kører også tæt på overspændingsledningen. Industriel kompressoroverbelastning er en kapacitetsgrænse og kræver høje effektniveauer for at passere de krævede høje strømningshastigheder. Overskydende strøm er tilgængelig for uforvarende at tage kompressoren ud over grænsen for overbelastning til en farlig tilstand på kolde dage, hvis den drives af en gasturbine.

Gasturbinekompressoren

Kompressoren skal køre med samme hastighed (eller fast gearforhold) som sin drivmølle og have samme effekt og passere det samme flow som dens drivmølle. Dette udgør en gasgenerator, der producerer gasstrøm. Kompressoren skal også passere den samme strøm som alt, hvad der bruger gaseffekten, det vil sige yderligere turbintrin til en enkeltakselmotor eller separate motorturbiner eller en jetdyse. Dette krav til lige flow er sideløbende med et krav om lige trykforhold mellem samlede kompressions- og ekspansionsforhold, og sammen placerer de kørelinjen til stabil drift.

Enakslede motorer, der driver en elektrisk generator eller helikopterrotor/flypropeller, kører med kompressoren uden last, mens de accelererer til driftshastighed. Ubelastning refererer til et minimum af brændstof, der er nødvendigt for at køre generatoren uden elektrisk belastning eller rotor/propelafstand på et minimum og forekommer tæt på kvælning. Cohen et al. vise elektriske generatorer køre op til den krævede hastighed uden belastning. En stigning i elektrisk belastning opnås ved at øge brændstofstrømmen. Barkey et al. give en detaljeret beskrivelse af hændelsesforløbet, der får generatoren til at konstruere hastighed eller netfrekvens uden belastning, før brændstof øges, når belastningen kommer på. Grandcoing viser Turbomeca Artouste- helikoptermotoren konstant drift fra tomgang til maksimal effekt. Ubelastet er minimum rotorhældning og tomgangsbrændstofstrøm. Stigningen i brændstofstrømmen er vist på et kompressorkort som linjer med konstant motortemperaturforhold, turbineindløbstemperatur/kompressorindløbstemperatur. Grandcoing viser også effekten af ​​en hurtig belastningsforøgelse, hvor hastigheden falder, før den genvinder den nødvendige indstilling.

Jetmotor med fast dyse

Luftfartøjsmotorer med et fast udstødningsdyseområde har en enkelt drifts- eller køreledning i stabil tilstand, der er fastgjort ved brændstofstrøm fra tomgang til maksimal hastighed. Variable vingevinkler og flowområder (udluftningsventiler) i kompressoren ændrer ikke køreledningen på et bestemt driftspunkt, fordi vinklerne og ventilpositionerne er unikke for en korrigeret hastighed, det vil sige, at de styres i henhold til en tidsplan mod korrigeret hastighed . Over- eller underbrændstof sammenlignet med den brændstofstrøm, der kræves til konstant hastighed, kører linjen op eller ned, mens motoren skifter hastighed til et nyt krav.

Jetmotor med justerbar områdedyse

Campbell viser effekten af ​​forskellige dyseområder på steady-state løbelinjen. Automatisk kontrol af området blev deaktiveret i forbindelse med denne undersøgelse. I drift er området åbent i tomgang og lukker gradvist, efterhånden som motoren accelererer, som det fremgår af planlægningen af ​​området. En justerbar dyse tilføjes ikke til dette særlige formål, men hvis der er monteret en efterbrænder, kan den bruges til at reducere tomgangskraft og hurtigere accelerationstider op til stødet, hvor efterbrænderen bliver operationel. Den ideelle blæserbetjeningslinje på en forstærket turbofan sætter ventilatorens trykforhold så højt som muligt for at optimere blæserens ydeevne og tryk, samtidig med at der holdes tilstrækkelig blæserstandsmargen. Ventilatorens driftsledning styres ved at variere dyseområdet, der fungerer som en spjældventil. Gasspjældet er en kombination af termisk fra det brændende brændstof og geometrisk fra det justerbare dyseområde.

Områder, hvor der kan forekomme uacceptabel adfærd

Lavhastighedsbagtrin turbining forekommer med overdreven negativ forekomst, der fører til et trykforhold på mindre end en, og kompressortrinnet absorberer kraft fra luftstrømmen. To eksempler, hvor krydsning af overspændingslinjen forhindrede acceleration til høj hastighed, fandt sted med de første designs af Rolls-Royce Avon og IAE V2500 og krævede større kompressor redesign. Roterende bod ved lave korrigerede hastigheder forårsagede bladfejl på tidlige aksialkompressorer.

Turboladere til diesel- og benzinmotorer

Kompressorens strømnings- og trykinterval er vist med et gulvtæppe med motorens konstante omdrejningstal og konstante momentlinjer overlejret på kortet. OpenCourseWare-materiale viser et tæppe af motorhastighed og belastning til luftstrømskravene til en 4-takts lastbilsmotor. Shahed viser linjer med konstant motorhastighed og motor BMEP for en kraftig dieselmotor. Woollenweber viser motorens luftstrømskrav ved forskellige motorhastigheder og belastning/brændstof/moment. Hiereth et al. Vis betjeningslinjer til forskellige anvendelser, f.eks. en fuld belastningsledning til en personbilmotor, virkningen af ​​en ukontrolleret turbolader på en lastbil-dieselmotor og affaldsstyring på dieseldrevne og benzinmotorer og højdeeffekten på en kompressor, der kører linje.

Kompressorer i olie- og gasindustrien

Proceskrav kan ændre sig, og kompressorbetingelserne kan variere. Kompressoren kan drives af en maskine med variabel hastighed eller konstant hastighed. Hvis den drives af en elektrisk motor med konstant hastighed, kan den styres med variable indløbsstyreskovle eller suge- og afgangsdrossel. Welch viser effekten af ​​variabel vingevinkel på flowet for en centrifugalkompressor.

Kort til en flymotor højtrykskompressor

Flowakse

X-aksen er normalt en funktion af kompressorindgangsmassestrøm, normalt korrigeret flow eller ikke-dimensionel strømning, i modsætning til reelt flow. Denne akse kan betragtes som et groft mål for det aksiale Mach -nummer for strømmen gennem enheden.

Trykforholdsakse

Normalt er y-aksen trykforhold (P _udgang /P _indløb ), hvor P er stagnation (eller totalt hoved) tryk.

ΔT/T (eller lignende), hvor T er stagnation (eller totalhoved) temperatur, bruges også.

Overspændingsledning

Den let bøjede diagonale linje på hoveddelen af ​​kortet er kendt som overspændingslinjen (eller stalllinjen). Over denne linje er et område med ustabil strømning, som er et område, der bedst undgås.

En kompressorbølge eller kompressorstand forårsager en pludselig vending af luftstrømmen i kompressoren. Kompressorblade skaber en pumpeaktion ved at arbejde som profiler . I en bølge eller stall oplever knive en aerodynamisk bås (ligner en flyvinge, der går i stå) og bliver ude af stand til at holde det højere tryk nedstrøms tilbage med en deraf følgende voldsom strømningsomvendelse. Flammen, der normalt er begrænset i forbrændingskammeret, kan komme ud af motorindløbet såvel som udstødningsdysen.

Overspændingsmargen

Som navnet antyder, giver overspændingsmargen et mål for, hvor tæt et driftspunkt er at stige. Desværre er der en række forskellige definitioner af overspændingsmargen. En populær i brug er defineret som følger:

${\ displaystyle SM = 100 \%\ cdot {\ frac {{\ dot {m_ {w}}}-{\ dot {m_ {s}}}} {\ dot {m_ {w}}}}}}$

hvor:

${\ displaystyle {\ dot {m_ {w}}}}$ er massestrømmen på driftspunktet, det være sig steady state eller forbigående

${\ displaystyle {\ dot {m_ {s}}}}$ er massestrømmen ved bølge, ved samme korrigerede hastighed som ${\ displaystyle {\ dot {m_ {w}}}}$

Hastighedslinjer

De let buede, nær lodrette linjer på hoveddelen af ​​kortet er de (konstant roterende) korrigerede hastighedslinjer. De er et mål for rotorbladspidsens Mach -nummer .

Bemærk på illustrationen, at hastighedslinjerne ikke fordeles lineært med flow. Dette skyldes, at denne særlige kompressor er udstyret med variable statorer , der åbnes gradvist, efterhånden som hastigheden stiger, hvilket forårsager en overdreven stigning i strømning i området mellem til høj hastighed. Ved lav hastighed er de variable statorer låst, hvilket forårsager et mere lineært forhold mellem hastighed og flow.

Bemærk også, at ud over 100% flow lukker hastighedslinjerne hurtigt op på grund af kvælning. Ud over kvælning vil enhver yderligere hastighedsforøgelse ikke generere yderligere stigning i luftstrømmen.

Effektivitetsakse

Et delplot viser variationen af ​​isentropisk (dvs. adiabatisk ) effektivitet med flow ved konstant hastighed. Nogle kort bruger polytropisk effektivitet. Alternativt, af illustrative formål, er effektivitetskonturer undertiden krydsplottet på hovedkortet.

Bemærk, at stedet for maksimal effektivitet udviser et lille knæk i sin opadgående tendens. Dette skyldes kompressorens kvælning, når hastigheden stiger, med de variable statorer lukket. Trendlinjen genoptages, når variablerne begynder at bevæge sig åbne.

Arbejdslinje

Også vist på kortet er en typisk steady state -arbejdende (eller drifts-/kørende) linje. Dette er et locus for motorens driftspunkter, da den er kvalt.

Som en højtryksforholdsindretning er arbejdslinjen relativt lav. Hvis enheden ikke havde nogen variabel geometri, ville der være håndteringsproblemer, fordi overspændingslinjen ville være meget stejl og krydse arbejdslinjen ved del-flow.

Under en slamacceleration fra en mellemgasspjældsindstilling vil kompressorens arbejdslinje bevæge sig hurtigt mod overspænding og derefter langsomt nærme sig steady state-driftspunktet, længere oppe på kortet. Den modsatte effekt opstår under en slam-deceleration. Disse virkninger skyldes spolens træg reaktion (dvs. inerti -effekter) på hurtige ændringer i motorbrændstofstrømmen. Kompressorbølge er et særligt problem under slam-accelerationer og kan overvindes ved passende justeringer af brændstofplanen og/eller brug af blow-off (udluftning af kompressoren til håndteringsformål).

I det viste eksempel vil en slamacceleration fra tomgang i jorden forårsage en højtrykskompressorbølge. Åbning af blow-off ville hjælpe, men nogle ændringer af den variable statorplan kan også være påkrævet.

Fordi en højtrykskompressor 'ser' højtryksmøllens kvælede strømningskapacitet, påvirkes kompressorens arbejdslinje næppe af flyveforhold. Arbejdslinjens hældning nærmer sig en konstant korrigeret udløbsstrøm.

Kort til en etrins luftmotorblæser

En blæser med lavt trykforhold (såsom den, der bruges på en turbofan med højt bypass -forhold ) har en række arbejdslinjer. Ved høje flyvehastigheder påvirker ramtryksforholdet det kolde dysetryksforhold, hvilket får dysen til at kvæle. Over kvælningstilstanden har arbejdslinjerne en tendens til at falde sammen til en unik stejl lige linje. Når dysen løsner sig, begynder arbejdslinjen at blive mere buet, hvilket afspejler krumningen af ​​dysekarakteristikken. Med faldende flyvning Mach -nummer falder det kolde dysetryksforhold. I første omgang har dette ingen indflydelse på arbejdslinjens position, bortset fra den buede (ikke -kvælede) hale, som bliver længere. Til sidst vil den kolde dyse blive chokeret ved lavere Mach -flyvninger, selv ved fuld gas. Arbejdslinjerne vil nu blive buede og gradvist migrere mod stigning i takt med flyvningens Mach -antal falder. Den laveste arbejdsmargin for overspændingsmargen forekommer ved statiske forhold.

På grund af karakteren af ​​de involverede begrænsninger er ventilatorens arbejdslinjer i en blandet turbofan noget stejlere end dem for den tilsvarende ikke -blandede motor.

En blæser kan have to kort, et til bypass (dvs. ydre) sektion og et til det indre afsnit, der typisk har længere, fladere hastighedslinjer.

Militære turbofans har en tendens til at have et meget højere design ventilator trykforhold end civile motorer. Derfor er den sidste (blandede) dyse kvalt ved alle flyvehastigheder over det meste af gashåndtaget. Men ved lave gasindstillinger vil dysen frakobles, hvilket får den nedre ende af arbejdslinjerne til at have en kort buet hale, især ved lave flyvehastigheder.

Imidlertid har turboer med ultrahøj bypass-forhold et meget lavt ventilator-trykforhold (f.eks. 1,2 på bypass-sektionen). Selv ved krydstogtshastigheder må den kolde (eller blandede endelige) fremdyser derfor kun blive kvalt ved høje gasindstillinger. Ventilatorens arbejdslinjer bliver mere buede og migrerer hurtigt mod stigning, efterhånden som flight Mach -antallet falder. Som følge heraf kan den statiske arbejdslinje være godt i gang, især ved lave gasindstillinger.

En løsning er at have en kold (eller blandet) dyse med et variabelt område. Forøgelse af dyseområdet ved lave flyvehastigheder bringer ventilatorens arbejdslinje væk fra overspænding.

En alternativ løsning er at montere en ventilator med variabel pitch. Planlægning af ventilatorbladenes tonehøjde har ingen indflydelse på ventilatorens arbejdslinjer, men kan bruges til at flytte overspændingslinjen opad for at forbedre ventilatorbølgemargen.

Kort til en flymotor IP-kompressor

Nogle turbofan har en mellemliggende tryk (IP) kompressor placeret mellem ventilatoren og højtryks (HP) kompressoren for at øge det samlede trykforhold. Amerikanske civilmotorer har en tendens til at montere IP-kompressoren på LP-akslen, direkte bag blæseren, mens Rolls-Royce normalt monterer IP-kompressoren på en separat (dvs. IP) aksel, som drives af en IP-turbine. Uanset hvad, matchningsproblemer kan opstå.

Den korrigerede flow for IP -kompressorens udløb skal matche den indgangskorrigerede strømning af HP -kompressoren, som er faldende, når motoren stryges tilbage. Ved en bestemt IP -kompressors arbejdsledningshældning forbliver den korrigerede flow for IP -kompressorens udløb konstant. Ved at anvende en lavere arbejdslinje gør det ekstra IP -kompressortrykforhold ved en given IP -kompressorindgangskorrigeret strøm det muligt for den korrigerede IP -kompressorudgang at falde og matche det faldende HP -kompressorindgangskorrigerede flow. Desværre kan dette føre til en dårlig IP -kompressorbølge ved delflow.

Overspændingsmargen kan forbedres ved at tilføje variable statorer til IP-kompressoren og/eller tilføje en afblæsningsventil mellem IP- og HP-kompressorerne. Førstnævnte gør IP -kompressorens bølgeledning lavere, svinger den væk fra den lave arbejdslinje og forbedrer dermed IP -kompressorens overspændingsmargen.

Ved et givet IP-kompressortrykforhold tvinger åbning af afblæsningsventilen den IP-kompressorindgangskorrigerede strøm til at stige til et punkt, hvor IP-kompressorens overspændingsmargin har en tendens til at være bedre. Effektivt sænker åbningen af ​​afblæsningsventilen IP-kompressorens arbejdsledning. Ethvert flowoverskud til det, som HP-kompressoren kræver, passerer gennem afblæsningsventilen ind i bypass-kanalen. Afblæsningsventilen åbnes normalt kun under drosede forhold, da den spilder energi.

Referencer

eksterne links

• Speed-Wiz turbolader kompressor kort beregning
• SoftInWay Inc. Ydelse og effektivitetskort over centrifugalkompressor
• Ctrend Centrifugal Compressor Map Prediction and Performance Analysis in Off-Design Condition