Değişken geometrili türbomakin - Variable geometry turbomachine

Bir değişken geometrili türbomakin farklı çalışma koşullarında verimliliğini optimize etmek için hareketli kanatlar kullanır. Bu makale, sıvı pompalarında ve turboşarj türbinlerinde kullanılan hareketli kanatlarla ilgilidir. Gaz türbini kompresörlerinde hareketli kanatların yaygın kullanımını kapsamaz.

Türbomakinelerin performans özellikleri^[1]

Düştüm sıvı Türbomakinede karşılık gelen noktalardaki hızlar aynı yöndedir ve kanat hızıyla orantılıdır, bu durumda bir türbomakinenin iki farklı hızda çalışma durumu dönme hızları Dinamik olarak benzer olacaktır.Her biri farklı kafa akışı karakteristik eğrisi üzerinde bulunan iki nokta, turbo makinenin benzer dinamik çalışmasını temsil ediyorsa, boyutsuz değişkenler (Reynolds sayı etkilerini göz ardı ederek) aynı değerlere sahip olacaktır.

Şekil 1. Santrifüj pompanın boyutsuz kafa hacmi özellikleri

Baş katsayısı

{ displaystyle psi = f_ {1} ! sol ({Q üzerinden {ND ^ {3}}} sağ), ,}

^[1]

(1)

Verimlilik

{ displaystyle eta = f_ {2} ! sol ({Q üzerinden {ND ^ {3}}} sağ), ,}

^[1]

(2)

Güç katsayısı

{ displaystyle P = f_ {3} ! sol ({Q üzerinden {ND ^ {3}}} sağ), ,}

^[1]

(3)

Nerede,

${ displaystyle N}$ dönme hızıdır.

${ displaystyle Q}$ akış hızıdır.

${ displaystyle D}$ çark çapıdır.

Bu nedenle boyutsuz temsil, aksi takdirde boyutsal olarak çizildiğinde birden fazla eğri ile sonuçlanacak olan tek performans eğrisine yakınsama için oldukça avantajlıdır.^[1] Santrifüj pompanın akış katsayısına karşı. Bu pompanın normal çalışma aralığı içinde, 0,03 3) < 0.06, kafa karakteristik eğrileri farklı hız değerleri için yaklaşık olarak çakışır (2500 devir / dakika) ve çok az dağılma, Reynolds sayısının etkisinden kaynaklanıyor olabilir. Daha küçük akış için ortak verimli, Q / (ND³) < 0.025akış istikrarsız hale geldi, ancak dinamik olarak benzer koşullar hala ortaya çıkıyor, yani kafa karakteristik eğrileri farklı hız değerleri için hala çakışıyor. Ancak yüksek akış hızlarında, daha yüksek hız değerleri için tek eğriden sapma fark edilir. Bu etkinin sebebi kavitasyon,^[2] Düşük basınçlarda buhar kabarcıklarının salınmasının neden olduğu yüksek hızlı bir hidrolik makine fenomeni. Q / (ND³) < 0.03 ve Q / (ND³) > 0.06akış kararsız hale gelir ve kavitasyonlar meydana gelir. Bu nedenle, yüksek akış hızlarında kavitasyonu önlemek için, Değişken Geometrili Turbomakineye başvuruyoruz.

Sabit geometrili türbomakin

Sabit geometrili makineler, maksimum verimlilik koşulunda çalışmak üzere tasarlanmıştır. Sabit geometrili bir makinenin verimliliği, akış katsayısı ve Reynolds sayısı. Sabit Reynolds sayısı için akış katsayısı arttıkça verimlilik de artar, maksimum değere ulaşır ve sonra azalır. Bu nedenle, tasarım dışı işlem tamamen verimsizdir ve daha yüksek akış hızlarında kavitasyona neden olabilir.

Değişken geometrili türbomakin^[1]

Değişken geometrili bir türbomakine, akışı düzenlemek için hareketli kanatlar kullanır. Kanat açıları, servo motor (aktüatör ). Binlerce kilovat içeren ve çalışma koşullarının dalgalandığı büyük kurulumlarda, sofistike kontrol sistemleri dahil edilmiştir. Bu nedenle değişken geometrili türbomakine, değişen akış koşulları ile daha iyi bir verimlilik eşleşmesi sunar.

Şekil 2, optimum verimlilik zarfını açıklamaktadır^[1] değişken geometrili türbomakineler için. Şekilde her bir eğri ${ displaystyle (a, b ve , c)}$ farklı sabit geometrili makineleri temsil eder. Değişken geometrili türbomakinenin verimliliği, eğrilerin her biri için maksimum verimlilik noktasıyla kesişir ${ displaystyle (a, b ve , c)}$ .

Değişken Geometrili Turbomachine'de kanat açıları değişken olduğundan, ek bir değişken ekledik. ${ displaystyle beta}$ kanatların ayarını temsil etmek için denklem 1 ve 2'ye. Yazabiliriz:

Şekil 2. Çeşitli bıçak ayarlarıyla elde edilen belirli bir makine için farklı verimlilik eğrileri.

${ displaystyle psi = f_ {4} ( phi, beta), ,}$

${ displaystyle eta = f_ {5} ( phi, beta), ,}$

Nerede, akış katsayısı, ${ displaystyle phi = ! sol ({Q üzerinden {ND ^ {3}}} sağ). ,}$

Alternatif olarak

${ displaystyle beta = f_ {6} ( psi, phi), ,}$

${ displaystyle beta = f_ {7} ( eta, phi), ,}$

${ displaystyle beta}$ yeni bir işlevsel bağımlılık vermek için ortadan kaldırılabilir:

${ displaystyle eta = f_ {8} ( phi, psi) = f_ {8} ! sol ({Q {ND ^ {3}}} üzerinden, {gH {N ^ {2 üzerinden } D ^ {2}}} sağ). ,}$ ^[3]

Bu nedenle, değişken geometrili bir pompadaki verimlilik, hem akış katsayısının hem de enerji transfer katsayısının bir fonksiyonudur.

Başvurular

Değişken Geometrili Turbomachine teknolojisi, turboşarj turbo, türbin kanatlarına egzoz akışını kontrol eden değişken kanatlara sahip olan dizel motorlarda. Değişken Geometrili Bir Turboşarj^[4] egzoz akışını türbin kanatlarına yönlendiren hareketli kanatlara sahiptir. Aktüatörler kanat açılarını ayarlamak için kullanılır. Türbin davranışını optimize etmek için kanatların açısı RPM aralığı boyunca değişiklik gösterir. Yüksek motor hızında, kanatlar tamamen açıktır ve egzoz, tamamen türbin kanatlarına yönlendirilir. Düşük motor hızlarında, kanatlar neredeyse kapalıdır ve egzoz için dar bir geçit oluşturur. Bu türbin kanatlarına doğru egzozu hızlandırır ve daha hızlı dönmelerini sağlar.

Şekil 3. Farklı kanat konfigürasyonu

Ayrıca bakınız

Referanslar

^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Dixon, S. L., Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbo-machines, 5th ed. Elsevier, 2011.
^ S.M. Yahya, Türbinler, Kompresörler ve Fanlar, 4th ed. McGraw, 2011
^ Shapiro, A.H., Soderberg, C.R., Stenning, A.H., Taylor, E. S. ve Horlock, J.H. (1957). Turbomakine üzerine notlar. Makine Mühendisliği Bölümü, Massachusetts Institute of Technology.
^ Shepher, D.G., Turbomachinery Prensipleri, Dokuzuncu Baskı, Macmillan, 1969.

Dış bağlantılar

"Hayatın Sorularını Yanıtlamak İçin En Güvenilir Yer". Yanıtlar. 2017-01-24. Alındı 2017-03-10.
Tan, Paul. "Değişken Türbin Geometrisi nasıl çalışır?". Paultan.org. Alındı 2017-03-10.

[dixon-1] ^ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Dixon, S. L., Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbo-machines, 5th ed. Elsevier, 2011.

[2] S.M. Yahya, Türbinler, Kompresörler ve Fanlar, 4th ed. McGraw, 2011

[3] Shapiro, A.H., Soderberg, C.R., Stenning, A.H., Taylor, E. S. ve Horlock, J.H. (1957). Turbomakine üzerine notlar. Makine Mühendisliği Bölümü, Massachusetts Institute of Technology.

[4] Shepher, D.G., Turbomachinery Prensipleri, Dokuzuncu Baskı, Macmillan, 1969.

[1]

[2]

[3]

[4]

Değişken geometrili türbomakin - Variable geometry turbomachine

Türbomakinelerin performans özellikleri[1]

Sabit geometrili türbomakin

Değişken geometrili türbomakin[1]

Başvurular

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar

Türbomakinelerin performans özellikleri^[1]

Değişken geometrili türbomakin^[1]