5.15.4 설계점 계산에서 공기 시스템 유량/5.16 공기 시스템 - 탈 설계 성능

 

2023.08.19 - [가스터빈(Gas Turbine) 성능 이론] - 5.15 공기 시스템, 터빈 NGV 및 블레이드 냉각 – 설계점 성능

5.15 공기 시스템, 터빈 NGV 및 블레이드 냉각 – 설계점 성능

 

5.15.4 설계점 계산에서 공기 시스템 유량

공기 시스템 유량 백분율은 엔진 입구 유량의 일부 또는 추출되는 구성 요소에 들어가는 유량의 일부로 정의될 수 있으며 전자가 이 부분에서 사용됩니다. 소스 스테이션에서 다음과 같은 계산이 수행됩니다.

 

. 공기 시스템 유량 백분율은 실질적인 질유량으로 변환되고 기체 경로의 질유량에서 차감됩니다.

. 기체 경로 전 압력과 온도는 변하지 않습니다.

. 위치가 압축기의 일부인 경우, 압축기 입력 출력은 관련 공식에 의해서 계산됩니다.

 

공기 시스템 유량이 반환되면 다음과 같은 계산이 수행됩니다.

 

. 실질적인 질유량이 주요 기체 경로 유량에 추가됩니다.

. 주 기체 경로의 전 압력은 변하지 않습니다. 즉, 공기 시스템 유량은 이동 중에 소스 압력과 싱크 압력 간의 차이를 잃은 것으로 간주됩니다.

. 혼합 전 온도는 관련 공식으로 계산됩니다. 보이는 반복 계산 루프는 초기에 혼합 가스의 CP를 추측해야 한다는 점에서 필요합니다. 일반적으로 공기 시스템 유량은 유동 경로를 따라 가열되지 않은 것으로 간주되므로 소스 온도와 함께 반환됩니다. 매우 정교한 엔진 성능 모델 또는 공기 시스템 유량이 열 교환기를 통과하는 경우에만 열 픽업이 모델링 됩니다.

 

일을 하는 것과 일하지 않는 것과 관련하여 터빈으로 반환되는 공기 시스템 유량에 대해 특별히 고려해야 하는 사항들이 있습니다. 산업 표준 관행은 그림 5.38에 설명되어 있으며 관련 내용들은 아래에 요약되어 있습니다.

 

. 로터 블레이드 열의 전면 또는 후면에서 기체 경로로 들어가는 디스크 냉각 또는 밀폐된 공기는 해당 단에서 일을 수행하지 않지만 다운스트림 단에서는 일을 하게 됩니다. 따라서 성능 계산에서 터빈 단 이후에 혼합됩니다.

. 노즐 목의 상류에 도입된 NGV 에어포일 막냉각 또는 플랫폼 냉각 및 고속으로 분출된 트레일링 에지 냉각은 NGV 출구 모멘텀을 얻게 되며 해당 단에서 일을 하게 됩니다. 따라서 에어포일 및 플랫폼 냉각은 스로트 스테이션(405)에서 혼합되고 트레일링 에지 방출은 로터 상류의 SOT 스테이션(41)에서 혼합되게 됩니다. NGV 용량은 스테이션 405에서 계산됩니다.

. 목의 하류로 들어가는 NGV 막냉각 또는 플랫폼 냉각은 노즐 출구 속도에 도달하지 못하므로 일을 수행하는 것으로 간주되지 않습니다. 이것은 로터 블레이드 열 다음에 혼합되므로 모든 다운스트림 단에서만 일을 수행하게 됩니다.

. 로터 블레이드 막냉각은 해당 블레이드 행에서 일을 수행하는 것으로 간주되지 않습니다. 따라서 블레이드의 다운스트림에서도 혼합되며 모든 다운스트림 단에서만 작동합니다.

. 터빈 효율에 대한 냉각 유량의 손상 효과는 5.9.3절에서 논의됩니다.

 

다단 터빈이 하나의 터빈으로 모델링 되면 다음과 같은 사항들이 적용됩니다.

 

. 각 단에서 수행된 전체 일의 비율을 추정해야 합니다.

. 기계적 설계 고려를 위해 SOT 스테이션 41은 위와 같은 계산들을 수행해야 합니다.

. 추가 pseudo SOT 스테이션(415)이 평가되어야 하며, 이 스테이션에서 일 출력이 계산됩니다. 하류로 들어가는 냉각 공기 유량의 일부는 스테이션 41과 415 사이에서 혼합되어 전체 일 출력이 공기가 단계적으로 들어가는 것으로 간주되고 위의 규칙이 적용된 경우에 계산된 값과 동일합니다.

. 나머지 질유량은 다른 터빈이 없는 경우, 스테이션 51에서 마지막 단의 하류에서 혼합되어 전혀 일을 수행하지 않습니다.

 

목의 하류로 들어가는 소량의 막냉각 또는/및 플랫폼 냉각과 손상 효과를 제외하고 1단계 NGV 냉각은 엔진 성능에 근본적인 영향을 미치지 않습니다. 그러나 후단의 NGV를 냉각하는 공기가 첫 번째 터빈 단을 우회함에 따라 효과가 있습니다. 복열 엔진의 경우, 압축기 전달 공기와 달리 복열기 공기 측 전달 공기로 첫 번째 NGV를 냉각하는 것이 좋습니다. 이것은 더 높은 온도로 인해 유량이 증가하는 동안, 엔진 성능에 미치는 영향은 미미하지만 그렇지 않은 경우에는 사이클에서 손실될 배기가스의 열을 교환할 수 있기 때문입니다.

 

5.16 공기 시스템 - 탈 설계 성능

 

5.16.1 유량의 변조

엔진 탈 설계 성능 모델의 경우, 가장 일반적인 관행은 모든 탈 설계 조건에서 모든 공기 시스템 유량에 대해 고정 비율을 유지하는 것입니다. 경로가 초킹 된 유량의 추출 지점에서 고정 용량 W× sqrt(T/P)를 유지함으로써 정확도에서 더 작은 이득(gain)을 얻을 수 있습니다. 블리드 유량을 다루는 경우 특히 그렇습니다. 여러 밸브가 공통 매니폴드로 배출되는 거의 초킹 되지 않은 블리드의 경우, 정교한 모델링 또는 적어도 대표적인 전체 그래프가 필요합니다.

 

최고의 정확도를 위해 병렬 유동 경로 네트워크 계산과 주요 가스 경로 소스 및 싱크 정압을 평가하기 위한 계산을 엔진 탈 설계 계산과 병합해야 합니다. 이와 같은 과정은 번거롭기 때문에 거의 시도되지 않습니다.

 

 

2023.08.19 - [가스터빈(Gas Turbine) 성능 이론] - 5.15 공기 시스템, 터빈 NGV 및 블레이드 냉각 – 설계점 성능

5.15 공기 시스템, 터빈 NGV 및 블레이드 냉각 – 설계점 성능