کمپرسور محوری (توربین گاز ۶)

در سلسله مباحث تخصصی که در زمینه توربین گاز داشتیم، مقداری با کلیت توربین گاز آشنا شدید. مبحث کمپرسور محوری نیز تا حدودی تشریح شد. در ادامه برخی پارامترهای مهمی که در کمپرسور مطرح است بیان می شود:

پارامتر Solidity

در یک کسکید به فاصله بین  chord line دو پره درلبه ی فرار یا لبه ی حمله pitch  گفته میشود. حالا اگر طول chord را بر pitch تقسیم کنیم پارامتر بسیار مهم solidity به دست می آید. سالیدیتی در واقع بیانگر مقدار تاثیری است که یک پره روی دیگری می‌گذارد. هر چه این مقدار بیشتر باشد پره ها روی هم تاثیر بیشتری می‌گذارند.

به همین ترتیب برای تحلیل کسکید اگر سالیدیتی بین ۰.۵ تا ۰.۷ باشد میتوان پره ها را ایزوله یا به صورت تکی تحلیل کرد ولی اگر این مقدار بیشتر از ۱ باشد باید همه را با هم در نظر گرفت…

در اینجا قصد نداریم که به طور کامل به بحث سالیدیتی بپردازیم که اگر بخواهیم باید حجم زیادی از مطالب را بیان کنیم و فرصت این کار را نداریم. فقط در این حد بدانید که با افزایش سالیدیتی فاصله بلید ها کم می‌شود در واقع تعداد پره های هر مرحله افزایش می یابد که این خود باعث می شود که کاری که هر مرحله روی جریان هوا انجام می دهد بیشتر شود و نکته دیگر این که اگر سالیدیتی زیاد شود یا به عبارتی فاصله پره ها از هم کم شود پره ها دیرتر دچار پدیده استال می شوند و در زوایای حمله بزرگتری می توانند عمل کنند  ولی سالیدیتی هنگامی که زیاد شود افت پره ها را زیاد می کند علاوه بر این اگر پره ها زیاد شوند وزن موتور هم افزایش می یابد که بسیار مهم است پس سالیدیتی باید به گونه ای انتخاب شود که میان این متغییرها تعادل ایجاد کند.

پارامتر دیفیوژن فاکتور (Diffusion factor)

این پارامتر به نوعی بیانگر دو موضوع است. یکی میزان کار یا همان دیفیوژنی که در بین پره ها رخ می دهد و دیگری میزان افت است. به عبارت دیگر هر قدر این پارامتر بزرگتر باشد به معنای افزایش بیشتر فشار در پره ها و در عین حال افزایش افت هاست. رابطه آن به صورت زیر است:

این پارامتر مقداری کمتر از ۱ دارد و متاثر از زوایای ورودی و خروجی جریان است. در عین حال پارامتر سالیدیتی نیز در آن نقش مهمی را بازی می کند بدین صورت که با افزایش سالیدتی، دیفیوژن فاکتور کاهش می یابد (البته این تغییرات حدی دارد).  در نمودار زیر  محور عمودی نمایانگر افت ها است، مشاهده می شود که با رسیدن دیفیوژن فاکتور به مقدار ۰.۵ تا ۰.۶، افت ها به شدت رشد می کنند. در نتیجه این رفتار، طراحان کمپرسور، مقدار دیفیوژن فاکتور را کمتر از ۰.۶ و در بازه ی بین ۰.۵ تا ۰.۶ می گیرند.

حال که این پارامتر را شناختید، می توانید برخی از اسرار دیگر در شکل پره ها را دریابید. یکی از این اسرار شکل بخصوص برخی پره هاست بدین صورت که  وتر پره از پایه تا نوک تغییر می کند. امری که باعث شده برخی پره ها از پایه تا نوک انحنای کمی داشته باشند، مثل تصویر زیر:

در واقع طراح با تغییر وتر قصد داشته تا سالیدیتی را تغییر دهد و به تبع آن، بتواند پارامتر دیفیوژن فاکتور را، از پایه تا نوک در حد معقول نگه دارد.

شکل گذرگاه محوری کمپرسور

گفتیم که وظیفه کمپرسور افزایش فشار هست، ولی اگر به شکل زیر توجه کنید متوجه می شوید که در طول مراحل کمپرسور مساحت مقطع کمتر می شود. یعنی مثل نازل عمل می کند و سرعت را افزایش و فشار را کاهش می دهد…درست عکس وظیفه کمپرسور!

خب جواب سوال فوق این است که فرض مهمی در کمپرسور محوری وجود دارد و ان این است که  سرعت محوری جریان در طول طبقات کمپرسور ثابت در نظر گرفته می شود. با عبور جریان از هر طبقه کمپرسور با افزایش فشار سرعت جریان به ناچار کاهش پیدا می کند. خب راه حل چیست؟ بله حالا می شود این شکل را توجیه کرد که با کاهش سطح مقطع، می توان سرعت را بالا برد! اما اصلا چرا باید سرعت محوری در طول طبقات کمپرسور ثابت باشد؟ این سوالی بود که بنده نیز به دنبالش گشتم اما پاسخ مناسبی پیدا نکردم!

تغییر ارتفاع پره ها در طول کمپرسور

با نگاه به کمپرسور می بینیم که به مرور پره های هر طبقه از کمپرسور کوچک تر میشوند. چرا؟ خب با توجه به بحثی که در بالا داشتیم، اندازه پره ها نیز کوچکتر شده است. اما نکته مهم دیگری نیز وجود دارد و آن اینکه در هر مرحله همزمان با ايجاد فشار در گاز، از طرف گاز نيز به پره ها و به عبارتي بر شفت كمپرسور، نيرو وارد خواهد شد. مقدار اين نيرو برابر است با حاصل ضرب فشار در سطح. در صورتيكه نيروهاي وارد شده از طرف گاز به پره ها و شفت، در همه مراحل يكسان نباشد، نيروهاي تنشي در شفت بوجود خواهد آمد، از اينرو بايد مقدار نيروي وارده از گاز به پره ها، در كليه مراحل يكسان باشد. همانطور كه مي دانيم با رسيدن به مراحل انتهايي، مقدار فشار افزايش خواهد يافت، لذا اگر مقدار سطح به تناسب افزايش فشار، كمتر شود، ميتوان مقدار نيروي وارد شده به شفت را در مراحل مختلف ثابت نگه داشت. به عبارت ديگر، بايد پره هاي رديف انتهايي كمپرسور اندازه كوچكتري داشته باشند. يعني از يك مرحله به مرحله بعد، همزمان با بالارفتن فشار طول و سطح پره ها كوچكتر مي گردد.

نکته بعدی مقدار مقاومت سازه ای پره هاست. از نظر سازه ای می دانیم که هر قدر ارتفاع پره کمتر باشد، از نظر استحکام بهتر عمل خواهد کرد. در طبقات انتهایی کمپرسور به دلیل وجود فشار بالا، پره ها باید طوری باشند که در برابر این شرایط مقاومت کنند.

4 دیدگاه درباره “کمپرسور محوری (توربین گاز ۶)

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *