涡轮压缩机阀芯几何形状


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为什么轴流压缩机总是变窄,涡轮机总是朝后方加宽?据我所知:

  • 空气声速随温度升高,因此在通过压缩机(涡轮机)时会增加(减少)。
  • 每个阶段的压缩机和涡轮叶片应该在恰好低于当地声速(更准确地说是临界马赫数)的情况下与空气相遇。
  • 给定卷轴的所有级的旋转速度是恒定的。
  • 空气流动的横截面是 π[RË2- [R一世2,哪里 [RË[R一世 分别是外部和内部半径。

那么压缩机不应该加宽,涡轮机会向后缩小,内部变化多于外部?涡轮机不应该比它们驱动的压缩机大得多(约2倍)吗?

您显然可以看到民用引擎看起来不像这样:

RR Trent 1000(由航空公司提供) RR Trent 1000

GE GEnX(图片由www.mikejamesmedia.com提供) GE GEnX

在我的分析中,我没有考虑或者考虑过多的东西?

Answers:


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请注意,设计中存在多个物理约束。与涡轮轴发动机不同,在涡轮风扇中,涡轮机阀芯的扭矩必须与其相关的压缩机阀芯的扭矩相匹配。此外,两个卷轴上的轴向载荷必须在很大程度上抵消,因为推力轴承在这种环境中是一种痛苦。平衡这些要求会严重影响两个线轴的相对尺寸。

接下来,你有整体管理尖端损失的问题。尖端损失占机器空气动力学损失的1/3。低轮毂比设计使尖端损失最小化。更好的尖端设计允许更高效的级联和更大的轮毂比,但您仍然需要一个适用于整个阀芯的间隙。这倾向于限制轮毂比在单个线轴的各级上变化的程度。

而且您还希望最大限度地减少需要冷却的任何物体的表面积。冷却的东西会影响效率。


+1没有想到足够的任何一个。
setun-90

3

压缩机正在压缩气体,因此相同量的空气(基于质量或摩尔)占据较小的体积。如果目标是保持速度大致恒定,则横截面积必须变小。


但是空气流过的横截面是π(re²-ri²),其中re是外半径,ri是内部。如果横截面必须减小,内部是否只需要比外部更加宽阔或缩小?对不起,我没有提到这个,我会编辑。
setun-90 2016年

@ setun-90 - 从理论上讲,你可以设计它以保持恒定的外半径和增加内部半径,但这会使整个机器更大,更重,更高应力,更昂贵。以这种方式设计是否有好处?
马克

呃,这里主要关注的是在每个阶段保持叶片尖端的马赫数不变。由于压缩机(涡轮机)中的空气正在升温(冷却),因此下一级叶片必须比前一级叶片更快(更慢)行进以保持相同的马赫数。鉴于阀芯上的所有级都处于相同的转速,因此下一级的半径必须大于前一级的半径。你没有提到刀片速度,这首先是问题的全部原因。至于质量,线轴可能是空心的?
setun-90 2016年

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气体发生器不按照我提出的方式设计的最可能的解释是因为它们是围绕恒定的空气速度设计的,而不是马赫数
也许,在当前的压缩机(涡轮)级中,转子(定子)加速空气过多而定子(转子)减速,因此外半径减小(增加)以补偿并保持下一阶段的相对空气速度不变。

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