mapa de compresor es un gráfico creado para un compresor en un motor de turbina de gas . Los mapas completos se basan en los resultados de las pruebas de la plataforma del compresor o se prevén mediante un programa informático especial. Alternativamente, el mapa de un compresor similar puede escalarse adecuadamente.
Los mapas de compresores son una parte integral de la predicción del rendimiento de un motor de turbina de gas, tanto en condiciones de diseño como fuera de él. Los ventiladores y las turbinas también tienen mapas operativos, aunque estos últimos son significativamente diferentes en apariencia a los compresores.
De alta presión mapa de compresor [ editar ]
Eje de flujo [ editar ]
El eje x es generalmente una función del flujo másico de entrada del compresor, generalmente el flujo corregido o el flujo no dimensional, en oposición al flujo real. Este eje puede considerarse una medida aproximada del número de Mach axial del flujo a través del dispositivo.
Eje de relación de presión [ editar ]
Normalmente, el eje y es la relación de presión ( salida P / entrada P ), donde P es la presión de estancamiento (o carga total).
ΔT / T (o similar), donde T es la temperatura de estancamiento (o cabeza total), también se usa.
Línea de aumento [ editar ]
La línea diagonal ligeramente retorcida en la parte principal (es decir, más baja) del mapa se conoce como línea de aumento (o parada). Por encima de esta línea hay una región de flujo inestable, que es el área que mejor se evita.
Una sobrecarga del compresor generalmente provoca una inversión abrupta del flujo de aire a través de la unidad, ya que la acción de bombeo de las aspas aerodinámicas se paraliza (similar a la pérdida de un ala de un avión).
Margen de aumento [ editar ]
Como su nombre indica, el margen de aumento proporciona una medida de qué tan cerca está de aumentar un punto de operación. Desafortunadamente, hay una serie de definiciones diferentes de margen de aumento. Una popular en uso se define de la siguiente manera:
dónde:
es el flujo másico en el punto de operación, ya sea en estado estable o transitorio
es el flujo de masa en oleada, a la misma velocidad corregida que
Líneas de velocidad [ editar ]
Las líneas ligeramente curvas, casi verticales, en la parte principal del mapa son las líneas de velocidad corregidas (rotación constante) . Son una medida del número de Mach de la punta de la pala del rotor .
Observe en la ilustración que las líneas de velocidad no se distribuyen linealmente con el flujo. Esto se debe a que este compresor en particular está equipado con estatores variables , que se abren progresivamente a medida que aumenta la velocidad, causando un aumento exagerado en el flujo en la región de velocidad media a alta. A baja velocidad, los estatores variables se bloquean, causando una relación más lineal entre la velocidad y el flujo.
También tenga en cuenta que más allá del 100% de flujo, las líneas de velocidad se cierran rápidamente debido a la obstrucción. Más allá del estrangulamiento, cualquier aumento adicional en la velocidad no generará un aumento adicional en el flujo de aire.
Eje de eficiencia [ editar ]
Una trama secundaria muestra la variación de la eficiencia isentrópica (es decir, adiabática ) con el flujo, a velocidad constante. Algunos mapas utilizan la eficiencia politrópica. Alternativamente, para propósitos ilustrativos, los contornos de eficiencia a veces se trazan en el mapa principal.
Tenga en cuenta que el lugar de máxima eficiencia exhibe un ligero retorcimiento en su tendencia ascendente. Esto se debe al estrangulamiento del compresor a medida que aumenta la velocidad, con los estatores variables cerrados. La línea de tendencia se reanuda una vez que las variables comienzan a moverse abiertas.
Línea de trabajo [ editar ]
También se muestra en el mapa una línea típica de trabajo en estado estacionario (u operación / funcionamiento). Este es un lugar de los puntos de funcionamiento del motor, ya que está estrangulado.
Al ser un dispositivo de alta relación de presión, la línea de trabajo es relativamente poco profunda. Si la unidad no tuviera una geometría variable, habría problemas de manejo, ya que la línea de aumento sería muy pronunciada y cruzaría la línea de trabajo en flujo parcial.
Durante una aceleración de golpe desde un ajuste de aceleración media, la línea de trabajo del compresor se moverá rápidamente hacia la oleada y luego se acercará lentamente al punto de operación de estado estable, más arriba en el mapa. El efecto inverso se produce durante una desaceleración de golpe. Estos efectos son causados por la respuesta lenta de la bobina (es decir, los efectos de inercia) a los cambios rápidos en el flujo de combustible del motor. La sobretensión del compresor es un problema particular durante las aceleraciones de golpe y se puede superar mediante ajustes adecuados en el programa de alimentación y / o el uso de soplado (purga de aire del compresor, para fines de manipulación).
En el ejemplo particular que se muestra, una aceleración de golpe desde el ralentí del suelo causaría una oleada del compresor a alta presión. Ayudar a abrir el despegue ayudaría, pero también podrían ser necesarios algunos cambios en el horario del estator variable.
Debido a que un compresor de alta presión "ve" la capacidad de flujo de la turbina de alta presión, la línea de trabajo del compresor apenas se ve afectada por las condiciones de vuelo. La pendiente de la línea de trabajo se aproxima a un flujo de salida corregido constante.
Mapa de fans [ editar ]
Como muestra la segunda ilustración, un ventilador de relación de baja presión (como el que se usa en una relación de derivación altaturbofan) tiene una gama de líneas de trabajo. A altas velocidades de vuelo, la relación de presión del émbolo influye en la relación de presión de la boquilla fría, haciendo que la boquilla se obstruya. Por encima de la condición de asfixia, las líneas de trabajo tienden a unirse en una única línea recta empinada. Cuando la boquilla se suelta, la línea de trabajo comienza a curvarse, reflejando la curvatura de la característica de la boquilla. Con la caída del número de Mach de vuelo, la relación de presión de la boquilla fría disminuye. Inicialmente, esto no tiene ningún efecto sobre la posición de la línea de trabajo, aparte de la cola curvada (sin arrugas), que se hace más larga. Eventualmente, la boquilla fría no se activará en los números de Mach de vuelo más bajos, incluso a toda velocidad. Las líneas de trabajo ahora se curvarán, migrando gradualmente hacia la oleada a medida que disminuye el número de Mach de vuelo.
Debido a la naturaleza de las restricciones involucradas, las líneas de trabajo del ventilador de un turbofan mixto son algo más inclinadas que las del motor equivalente sin mezclar.
El mapa del abanico que se muestra es para la sección de derivación (es decir, exterior) de la unidad. El mapa de la sección interna correspondiente típicamente tiene líneas de velocidad más largas y planas.
Los turbofans militares tienden a tener una relación de presión de ventilador de diseño mucho más alta que los motores civiles. En consecuencia, la boquilla final (mixta) se obstruye a todas las velocidades de vuelo, en la mayor parte del rango del acelerador. Sin embargo, con ajustes de aceleración bajos, la boquilla se desbloqueará, lo que hará que el extremo inferior de las líneas de trabajo tenga una cola corta y curva, especialmente a bajas velocidades de vuelo.
Sin embargo, los turbofans de relación de derivación ultra alta tienen una relación de presión de ventilador de diseño muy baja (por ejemplo, 1.2, en la sección de derivación). En consecuencia, incluso a velocidades de vuelo de crucero, la boquilla de propulsión fría (o final mixta) no está obstruida. Las líneas de trabajo de los ventiladores se vuelven más dispersas con el número de vuelo de Mach, porque se mueven hacia arriba en el mapa, hacia la esquina superior derecha. Como resultado, la línea de trabajo estática puede estar en aumento.
Una solución es tener una boquilla de área variable fría (o mixta). El aumento del área de la boquilla a bajas velocidades de vuelo hace que la línea de trabajo del ventilador se aleje de la oleada.
Una solución alternativa es instalar un ventilador de paso variable. Programar el paso de las aspas del ventilador no tiene ningún impacto en la posición de las líneas de trabajo del ventilador, pero se puede usar para mover la línea de aumento hacia arriba, para mejorar el margen de aumento del ventilador.
Mapa del compresor IP [ editar ]
Algunos turbofans tienen un compresor de presión intermedia (IP) ubicado entre el ventilador y el compresor de alta presión (HP) para aumentar la relación de presión general. Los motores civiles de EE. UU. Tienden a montar el compresor IP en el eje LP, directamente detrás del ventilador, mientras que Rolls-Royce normalmente monta el compresor IP en un eje separado (es decir, IP), que es impulsado por una turbina IP. De cualquier manera, pueden surgir problemas de emparejamiento.
El flujo corregido de la salida del compresor IP debe coincidir con el flujo corregido de entrada del compresor HP, que disminuye a medida que el motor vuelve a acelerarse. En una cierta pendiente de la línea de trabajo del compresor IP, el flujo corregido de salida del compresor IP permanece constante. Sin embargo, al adoptar una línea de trabajo menos profunda, la relación de presión extra del compresor IP en un flujo corregido de entrada del compresor IP determinado permite que el flujo corregido a la salida del compresor IP disminuya y coincida con la caída del flujo corregido de entrada del compresor HP. Desafortunadamente, esto puede llevar a un margen de sobretensión del compresor IP deficiente en el flujo de piezas.
El margen de sobretensión se puede mejorar agregando estatores variables al compresor IP y / o agregando una válvula de descarga entre los compresores IP y HP. El primero hace que la línea de aumento de presión del compresor IP sea menos profunda, alejándola de la línea de trabajo superficial, mejorando así el margen de aumento del compresor IP.
Con una relación de presión del compresor IP dada, al abrir la válvula de descarga se fuerza el flujo corregido de la entrada del compresor IP a un punto donde el margen de sobretensión del compresor IP tiende a ser mejor. Efectivamente, abrir la válvula de descarga reduce la línea de trabajo del compresor IP. Cualquier exceso de flujo al exigido por el compresor HP pasa a través de la válvula de descarga hacia el conducto de derivación. La válvula de escape normalmente solo se abre en condiciones de estrangulamiento, ya que desperdicia energía.
No hay comentarios:
Publicar un comentario