توربین جت

مدیران انجمن: javad123javad, parse

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami

محل اقامت: Tehran, Qeytariyeh

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 847

سپاس: 524

جنسیت:

تماس:

توربین جت

پست توسط rohamjpl »

وظیفه اصلی توربین تأمین توان مورد نیاز کمپرسور و سیستم های کمکی موتور برای عملکرد آنها است. حتی در موتورهایی که گازهای خروجی وسیله محرک اصلی نیستند (یعنی در توربوپراپ ها) ، هنوز از توربین ها برای تأمین نیروی محرکه پروانه (ها) استفاده می شود. این امر با گسترش تدریجی گازهای گرم و تحت فشار از محفظه احتراق حاصل می شود. در توربین های کارآمد ، نوک تیغه ها می توانند با سرعت تا 390 متر بر ثانیه (1280 فوت/ثانیه) حرکت کنند.
برای ایجاد گشتاور مورد نیاز در کارآمدترین روش ، مراحل متعددی مورد استفاده قرار می گیرد که هر کدام شامل یک ردیف پره های راهنمای ثابت و یک ردیف روتور می باشد. تعداد مراحل بستگی به موارد زیر دارد:تصویر
تعداد قرقره/شفت موتور
کاهش قدرت مورد نیاز قبل از ورود گازها به اگزوز
سرعتهای چرخشی مورد نیاز
محدودیت های طراحی و ساخت اندازه توربین
از این رو ، مشخص می شود که موتورهای با نسبت فشرده سازی بالا/بسیار زیاد به توربین هایی با مراحل بیشتر نیز نیاز دارند. تعداد قرقره ها بستگی به ضریب فشرده سازی و بای پس و همچنین سازنده آن دارد ، اما برای همه موتورهای تجاری 2 یا 3 خواهد بود. معمولاً شفت فشار متوسط ​​(IP) نامیده می شود. در مواردی که توربوپراپ یا شفت هلیکوپتر رانده می شود ، ممکن است از توربین قدرت آزاد استفاده شود. در هر دو مورد و در حضور یک آرایش معمولی کمپرسور ، شفت توربین که ملخ ها را هدایت می کند می تواند از نظر مکانیکی مستقل از محور محرک کمپرسور باشد.
نمای بخش توربین X-Plorer 1 EC
میانگین سرعت پره توربین نقش بسیار مهمی در تعریف حداکثر کارایی ممکن در هر مرحله ایفا می کند. زیرا افت فشار متناسب با مربع سرعت تیغه است. با این حال ، هرچه چرخش توربین سریعتر باشد ، تنشهای بیشتری در دیسک آن وجود دارد که به اجزای بزرگتر و متعاقباً سنگین تر نیاز دارد. در نهایت ، طراحی یک توربین به طور کلی با نیاز به تعادل مورد نیاز قدرت مورد نظر و وزن آن انجام می شود. استفاده از دو قرقره اجازه می دهد تا از توربین کمی کوچکتر برای همان قدرت مورد نیاز استفاده شود ، جایی که هر قرقره به سرعت مطلوب خود نزدیکتر عمل می کند.
هم در پروژه های ما و هم در صنعت ، طراحی پره ها و روتورهای توربین بر اساس محاسبات پیرامون عملکرد آیرودینامیکی طرح های مختلف است. هر دو دارای سطح مقطع هوایی هستند اما طراحی آنها می تواند بطور قابل توجهی متفاوت باشد. چیدمان ایروفویل ها به گونه ای است که باعث ایجاد ضربه ای می شود که روتورها را به حرکت در می آورد. روند کلی ممکن است با شتاب جریان هنگام خروج از پره ها کمک شود. به طور خلاصه ، در توربین ضربه ای ، افت فشار کلی در هر مرحله در پره های ثابت رخ می دهد و روتورها از جریان گاز ضربه ای را تجربه می کنند. در توربین واکنش ، افت فشار کلی در فاصله بین پره های روتور رخ می دهد ، زیرا آنها به سمت لبه انتهایی خود همگرا می شوند. در مواردی که هر دو اصل قابل اجرا هستند ، سهم آنها در تولید برق تقریباً به طور مساوی تقسیم می شود.تصویر
Impulse vs Reaction Turbines
انتقال انرژی
عملکرد توربین ذاتاً با انتقال مداوم انرژی از گازهای احتراق داغ و روتورهایی که در نهایت کمپرسور ، فن و وسایل کمکی را هدایت می کنند ، مرتبط است. این انتقال هرگز به دلیل تلفات مکانیکی و حرارتی با بازده 100٪ انجام نمی شود ، اما 90٪ در اکثر موارد یک فرض منطقی است. هنگام خروج از محفظه احتراق ، گازها با سرعت صوتی حرکت می کنند که با توجه به دمای آنها ، در دمای اتاق حدود دو برابر سرعت صوتی است. هنگامی که جریان در نهایت به پره های توربین برخورد می کند ، با شتاب دادن روتور به سرعتهای زیاد چرخشی ، انرژی منتقل می شود. گشتاور رانندگی توربین بستگی به میزان جریان گازها و تغییر انرژی بین مراحل ورودی و خروجی دارد. اگر انتقال انرژی نسبتاً کارآمد/زیاد باشد ، جریان در خروجی توربین باید ثابت و نسبتاً آرام باشد. تلاطم زیاد در خروجی نشان دهنده راندمان پایین است و متعاقباً منجر به کاهش بازده در قسمت اگزوز و همچنین ارتعاشاتی می شود که از نظر ساختاری می تواند برای عقب موتور آسیب زا باشد.
هر دو پره های راهنمای نازل و تیغه های روتور طوری طراحی شده اند که از ریشه به نوک پیچ می خورند. به عبارت دیگر ، زاویه حمله آنها در انتها بیشتر از ریشه آنها است. هدف از این کار توزیع یکنواخت کار انجام شده توسط هر بخش از تیغه و تنظیم سرعت محوری جریان هنگام خروج از مرحله است.
مشخصات تیغه توربین
این هندسه همچنین باعث تغییر در سرعت ، فشار و دمای گازها در طول تیغه می شود. درجه واکنش نیز متفاوت است. در پایین ترین حالت در ریشه تیغه و در بالاترین آن در نوک تیغه. همانطور که قبلاً ذکر شد ، دلایل مختلفی وجود دارد که باعث می شود بازده توربین هرگز 100 نباشد. سه گانه ساخت دهه 90-
توربوفن قرقره ای که به عنوان مثال استفاده می شود از 3.5 درصد تلفات آیرودینامیکی در روتورها و 4.5 درصد تلفات آیرودینامیکی در پره ها و اطراف روتورها رنج می برد (خونریزی).
PV در سراسر یک مرحله توربین
طراحی و ساخت
از نظر تولید ، توربین را می توان به طور کلی به نازل های محفظه احتراق ، پره های راهنمای نازل بعدی ، دیسک های توربین و پره های روتور تقسیم بندی کرد. شفت (های) متصل کننده دیسک های توربین به کمپرسور و فن را می توان از چند بخش مونتاژ کرد یا به عنوان یک جزء واحد (در برخی موارد برای جلوگیری از درزها ، از جوشکاری) به صورت رول شکل گرفت.
پره های راهنمای نازل
NGV ها از ایروفویل هایی با مسیر همگرا بین ایروفویل های مجاور تشکیل شده اند و به گونه ای روی بدنه توربین نصب شده اند که امکان انبساط حرارتی را فراهم می کند. آنها ممکن است به عنوان یک بخش یا قطعات جداگانه با 3-8 ایروفویل ساخته شوند و تقریباً در همه موارد دارای یک هسته توخالی یا کانالهای پیچیده تر توزیع هوا برای خنک کننده هستند.
دیسک ها
دیسک های توربین از ریخته گری/آهنگری با یک شفت جزئی یا یک اسپلین برای اتصال به شفت اصلی ساخته می شوند. در محیط دیسک ، شکافهای ریشه تیه آسیاب می شوند ، اگرچه تیغه ها را می توان از طریق جوشکاری اصطکاکی خطی به طور دائمی ثابت کرد و "blisk" را تشکیل داد.
جریانهای خنک کننده از هر دو طرف دیسک ها لازم است ، بیشتر برای مقابله با اثرات هدایت از تیغه های داغ.
تیغه ها
تیغه ها نیز با وجود اینکه طراحی آنها نسبت به پروفیل هایی که برای بالهای هواپیما استفاده می شود استانداردتر نیست ، به شکل هواپیمای فویل هستند. هدف ایجاد گذرگاهی بین تیغه ها است که امکان شتاب مداوم جریان را تا باریک ترین نقطه ای که درجه واکنش مطلوب به دست آمده است ، می دهد.
سطح مقطع موثر بستگی به خواص مکانیکی و حرارتی مواد مورد استفاده و همچنین اندازه کانال های خنک کننده دارد. برای راندمان عملیاتی بالا ، ضخامت تیغه ها باید به حداقل برسد اما طراحی نهایی یک سازش است که خطر ترک خوردگی ناشی از بارگیری و تخلیه حرارتی را از بین می برد.
روش اتصال تیغه ها به دیسک در این مورد از اهمیت بیشتری برخوردار است زیرا تنش هایی که در اثر نیروهای مماسی و گریز از مرکز ایجاد می شوند به طور موثر یک محدودیت کلیدی برای سرعت دورانی بالا هستند. در موتورهای جت بسیار قدیمی تر ، پره های توربین با استفاده از ریشه پیاز de Laval محکم شدند. در طرح های جدیدتر ، بیشتر از ریشه دم کبوتر و درختان صنوبر استفاده می شود. درختان صنوبر ناحیه تماس بسیار بهتری را در برابر نیروهای گریز از مرکز ارائه می دهند اما به تحمل ماشینکاری بالا احتیاج دارند تا مطمئن شوند که همه صورتها تقریباً در برابر بارگذاری یکسان قرار دارند. در حالت بیکار ، تناسب تیغه ها ممکن است تا حدودی شل به نظر برسد اما فاصله ها طوری طراحی شده اند که تیغه ها در حین کار خود را ثابت می کنند.
ریشه های تیغه توربین - de Laval ، Dovetail & Fir Tree
برای به حداقل رساندن تلفات ناشی از نشت هوا بین نوک تیغه و پوشش ، اغلب از کفن استفاده می شود. هر تیغه با یک قطعه کوچک در نوک تیغه خود تولید می شود و هنگام مونتاژ آنها یک حلقه پیوسته را تشکیل می دهند. در نهایت ، لازم به یادآوری است که توربین موتور جت هرگز نمی تواند به صورت جداگانه طراحی شود. برای عملکرد م acrossثر در طیف وسیعی از شرایط ، باید از الزامات کمپرسور خود بسیار پیروی کند ، در حالی که از افزایش یا خفگی کمپرس جلوگیری می کند.
مواد
محیط های کمی وجود دارد که برای مصالح بیشتر از توربین به چالش کشیده شود. قرار گرفتن در معرض دمای بسیار بالا در حال حاضر با الزامات مکانیکی عظیمی همراه است که از سرعتهای زیاد چرخشی ناشی می شود. برای جلوگیری از خزش ، لازم است دمایی را که همه اجزای توربین در معرض آن هستند ، کاهش دهید.
خزش توانایی یک ماده برای تغییر شکل آهسته ، اما دائمی در زیر بار ثابت است که اگر به صورت آنی اعمال شود ، هیچ آسیبی نمی رساند. حتی اگر درجه حرارت بالا پیش نیاز وقوع خزش نباشد ، وجود آنها این مکانیسم را تسریع می کند. در این شرایط ، خزش ناگزیر رخ می دهد ، اما برخی از مواد به طور قابل توجهی بیشتر طول می کشد تا به پایان عمر عملیاتی برسند.
برای قرار دادن الزامات بارگذاری در زمینه ؛ یک تیغه با وزن حدود 75 گرم قادر به وارد آوردن نیروی کششی به دیسک در حال چرخش با حداکثر سرعت بیش از 2 تن است! سفتی مواد مورد استفاده نیز باید به گونه ای باشد که مقاومت کافی در برابر بارهای خمشی توده های بزرگ و سریع هوا را نشان دهد. خستگی عالی و خواص حرارتی نیز مطلوب است ، و همچنین مقاومت در برابر خوردگی بسیار خوب ، که در واقع ، مسئله ای در مورد بسیاری از موتورهای جت مدرن است. در این مورد انتخاب مواد عذاب آور ، همچنین لازم به یادآوری است که مواد انتخاب شده باید بتوانند با یک تکنیک معمولی یا حداقل از لحاظ تجاری کاربردی شکل بگیرند.
برای هر ماده و طول عمر قابل قبول ، حداکثر دمای گاز قابل تحمل و حداکثر توان تحویل وجود دارد. اوایل دآلیاژها از فولاد و دیگر آلیاژهای آستنیتی تولید می شدند ، اما حتی در آن مرحله ، مشخص بود که هیچ ماده ای بدون خنک کننده داخلی مناسب نیست ، که در طول سالها پیشرفت بیشتری کرد. امروزه بیشتر اجزای توربین از آلیاژهای نیکل ساخته می شوند که خواص حرارتی ، خزش و خستگی فوق العاده ای را به قیمت چگالی آن ارائه می دهند که تقریباً دو برابر آلیاژهای تیتانیوم است.
تحقیقات مواد یک حوزه بسیار فعال در هوافضا است. در مورد پره های توربین ، یکی از جدیدترین نمونه های کنترل ریز ساختار ، تیغه های تک کریستال است. صفحات فلزی ارائه شده شامل دانه های متعدد است. در آلیاژهای با کارایی بالا ، دانه ها ممکن است عرض 2-20μm داشته باشند ، اما طیف وسیعی از گزینه ها از عناصر آلیاژی گرفته تا روال ذوب و سرمایش وجود دارد که ریزساختارهای متفاوتی را ایجاد می کند. این امکان وجود دارد که یک کریستال را در تیغه ای با خواص مکانیکی برتر "رشد" دهید و این روشی است که در حال حاضر در صنعت استفاده می شود.
ریزساختار و ویژگی های تیغه توربینتصویر
.I hope I help you understand the question. Roham Hesami smile072 smile261 smile260 رهام حسامی ترم چهارم مهندسی هوافضا
تصویر

ارسال پست