5.2.9 블리드 밸브의 이용

2023.05.01 - [가스터빈(Gas Turbine) 성능 이론] - 5.2 축류 압축기 – 오프 설계 성능

2023.05.15 - [가스터빈(Gas Turbine) 성능 이론] - 5.2.6 서지, 회전 실속 및 잠김 실속

 

5.2.9 블리드 밸브의 이용

압축기 하류의 블리드 밸브가 열리면 압축기 맵은 영향을 받지 않지만, 운용 라인은 그림 5.13과 같이 아래쪽으로 단계적 변화를 나타냅니다. 블리드 밸브는 VIGV 대신 또는 VIGV와 마찬가지로 허용할 수 있는 부분 속도 서지 마진을 유지하는 데 사용할 수 있습니다. VIGV 또는 핸들링 블리드 밸브 사이의 선택은 간단하지 않습니다. 블리드 밸브는 가변 베인 보다 비용이 저렴하고 가볍고 일반적으로 더 안정적입니다. 그러나 블리드 밸브 유량은 주유 동의 최대 25%가 될 수 있고 상당한 일 입력을 가질 수 있으며, 밸브 유량이 선 외 또는 바이패스 덕트로 버려지기 때문에 훨씬 더 심각한 SFC 페널티가 발생합니다.

다단 압축기를 따라 중간에 위치한 단간 블리드 밸브의 효과는 압축기에 부과된 경계 조건뿐만 아니라 내부 압축기 형상을 변경하므로 맵 자체가 열릴 때 변경됩니다. 이상적으로는 리그 테스트 중에 압축기 맵을 다양한 단계 간 블리드 수준으로 평가해야 하며, 그런 다음 엔진 오프 설계 성능 모델에 반영할 때 단계 간 블리드를 추가 변수로 활용합니다. 단간 블리드 밸브를 열면 일부 속도에서는 전체 서지 라인이 개선되지만, 고속에서는 악화될 수 있습니다. 두 경우 모두 운용 라인이 더 낮습니다.

 

 

5.2.10 입구 압력 및 온도 왜곡

입구 압력 또는 온도의 공간적 변화인 입구 왜곡은 전체 압축기 맵에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 가장 중요한 효과는 서지 라인의 감소입니다. 이를 평가하기 위해 병렬 압축기 방법이 사용됩니다. 여기서 출구 압력과 온도는 원주 방향으로 일정한 것으로 간주합니다. 그런 다음 맵은 아래 설명된 대로 두 개의 병렬 스트림에 적용됩니다.

측풍이 부는 항공기 엔진이나 받음각이 높은 경우, 흡입구 흐름이 원주 방향으로 왜곡되어 흡입구 압력이 평균보다 훨씬 낮은 부분으로 이어질 수 있습니다. DC60 계수는 일반적으로 입구 압력 왜곡 정도를 정량화하는 데 사용됩니다. 이 계수는 가장 왜곡된 60° 섹터와 전체 360° 흡입구의 평균 총 압력 간의 차이를 평균 입구 동적 헤드로 나눈 값입니다. 운용 범위에서 최악의 값은 다음과 같습니다.:

 

. 민간 아음속 운송의 경우, 0.2

. 군용 전투기의 경우, 0.9

. 0.1 미만은 산업, 선박 및 자동차 엔진에 일반적

 

이러한 값은 평균 입구 동적 헤드에 대한 지식과 함께 최악의 60° 섹터에서 감소한 입구 압력 값을 평가하는 데 이용할 수 있습니다. 압축기 출구 압력 원주 프로파일은 일정한 것으로 간주합니다. 따라서 입구 압력이 눌린 60° 섹터는 평균보다 높은 작업 라인에서 작동해야 하며 입구 왜곡을 허용하는 데 필요한 추가 서지 마진이 결정될 수 있습니다. 그림 5.14는 이를 설명합니다.

열악한 테스트 베드 설계 또는 역 추력 배기 또는 다른 엔진의 배기 또는 흡입과 같은 여러 가지 이유로 인해 입구 온도 왜곡이 발생할 수 있습니다. 다시 병렬 압축기 방법을 사용하여 필요한 추가 서지 마진을 결정할 수 있습니다. 이 같은 경우, 하나의 스트림에 사용되는 최저 온도의 120° 섹터의 입구 용량이고 두 번째 섹터에 사용되는 나머지 섹터의 평균 온도가 될 수 있습니다. 이러한 과정에서 TC120 계수를 도출할 수 있습니다.

 

 

5.2.11 맵의 저속 영역의 특성

Idle 상태는 일반적으로 속도 범위 40–70%에서 발생합니다. 그러나 이러한 상태는 시동과 윈드밀 모두에서 중요합니다. 그림 5.15는 맵의 이런 영역에 고유한 몇 가지 핵심 특성을 보여줍니다.

회전 속도가 0일 때 압축기는 베인 캐스케이드처럼 작동합니다. 일 입력이 없으며 모든 유동에는 압력 강하가 수반됩니다. 압력 손실은 5.12절에 설명된 대로 덕트의 유동에 따라 달라지며 전체 온도는 변하지 않습니다.

낮은 회전 속도에서는 기체가 일 입력과 온도 상승이 있지만, 압력 강하가 있는 패들처럼 작동하는 영역이 있습니다. 일 입력으로 인한 압력 및 온도 상승이 있다는 점에서 기체가 압축기로 작동하는 속도 라인 영역도 있습니다. 이 두 가지 작동 모드는 시동 및 윈드밀 운용 중에 발생합니다. 이론적으로 일 출력과 온도 및 압력 강하가 있는 터빈으로 작동하는 것도 가능합니다.

압축기가 패들로 작동할 때, 효율이 음수가 되어 불연속성이 발생하므로 저속 영역에서 효율의 표준 정의를 사용하는 것은 불가능합니다. 시작 및 윈드밀 모델에 맵을 불러오려면 N/pT 및 베타 라인을 계속 사용해야 하지만 유량, 압력비 및 효율 맵은 CP.DT/N2 및 E.CP.DT/N2와 함께 W.T/N.P로 대체할 수 있습니다. 그룹이 기존 맵의 단순한 조합이므로 변경된 맵을 생성하기 위해 기존 버전을 이와 같은 형식으로 쉽게 변환할 수 있습니다. 그런 다음 0 속도가 0 작업과 일치해야 한다는 것을 아는 상태에서 저속 및 낮은 일로 플롯 및 외삽할 수 있습니다.

 

 

5.2.12 팁 간극 변경의 영향

팁 간극은 로터 블레이드와 케이싱 사이의 반경 방향 간격이며 일반적으로 정상 상태에서 1–2% rms 범위이며 일시적으로 더 큰 값이기도 합니다. 수정된 경우, 압축기 형상이 변경되므로 맵이 변경됩니다. 팁 간극은 블레이드 높이의 상당 부분을 차지하는 소형 압축기에 특히 강력한 영향을 미칩니다.

일반적으로 rms 팁 간극이 1% 증가하면 효율성이 약 1~2% 감소합니다. 더 중요할 수도 있는 사실은 서지 라인도 악화될 수도 있다는 것입니다. 그 양은 특정 압축기 설계에 따라 다르며 설계 코드를 활용하거나 리그 테스트를 통해 더 정확하게 결정되어야 합니다. 교환 비율은 서지 마진의 2%에서 15% 사이로 서지 라인을 줄이는 rms 팁 간극의 1% 증가 범위에 있습니다.

 

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5.2.6 서지, 회전 실속 및 잠김 실속