اثر انحنای تیغه‌های روتور و نازل بر روی عملکرد توربین محوری یک موتور توربوجت در نقطه طرح

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی / مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

2 کارشناس ارشد / مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

3 عضو هیات علمی / جتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

در این تحقیق یک مرحله از توربین دو مرحله‌ای یک موتور توربوجت خاص با دو تغییر شکل مختلف مورد بررسی قرار گرفته است. تغییر شکل اعمالی در مرحله، به این صورت است که به تیغه‌های روتور و استاتور، هر دو در یک جهت مشخص انحنایی با زاویه انحنای 20 درجه مثبت و 20 درجه منفی اعمال شده است. فشار استاتیک، فشار کل، خطوط جریان، راندمان آیزنتروپیک، دبی جرمی، توان و برخی پارامتر‌های دیگر، در مدل‌سازی بررسی شده‌اند. تغییر شکل‌های اعمالی، توزیع جرم را در راستای شعاعی تغییر ‌می‌دهد و با ایجاد یک گردیان فشار در راستای شعاعی نیرویی در همین راستا ایجاد ‌می‌شود. با بررسی خطوط جریان مشخص شد، در یکی از حالت‌‌ها جریان‌های ثانویه به سمت مرکز تیغه کشیده ‌می‌شود. گردابه ناشی از لقی نوک نیز متاثر از نیروی شعاعی ایجاد شده بوده و شدت و گستردگی آن در حالت‌های مختلف متفاوت است. در هر دو حالت کاهش راندمان اتفاق افتاده است و همچنین دبی جر‌می ‌و توان توربین نیز کاهش یافته است. سپس پایداری کمپرسور نیز به صورت کلی بررسی شد. نتایج حاکی از آن است ‌که عملکرد کمپرسور به خط سرج نزدیک‌تر شده است و لازم است در انتخاب نحوه تغییر شکل این مسئله نیز مد نظر باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The effect of bowed rotor and nozzle on performance of an axial turbine of turbojet engine on design point

نویسندگان [English]

  • Mahmood Adami 1
  • Ali Zamani Gharaghoushi 2
  • Behrooz Shahriari 3
1 Associate Professor, Faculty of Mechanics, Malek Ashtar University of Technology
2 Graduated MS.c Student,Faculty of Mechanics, Malek Ashtar University of Technology
3 Assistant Professor, Faculty of Mechanics, Malek Ashtar University of Technology
چکیده [English]

In this paper one stage of a specific turbine with two stages and two different changes in blades, have been studied. Blade change performed in stage, is somehow that at each state of blade rotor and nozzle, both are at a specified bowing with angle of plus 20 degrees or minus 20 degrees. Some parameters like, static pressure, total pressure stream lines, isentropic efficiency, mass flow, turbine power and some other parameters have been studied. Changing the blade shape, cause the change in distribution of the flow in the radial direction. Also making a pressure gradient in radial direction, would result in a force in the same direction. Stream lines showed that, in one cases the secondary flow in the end walls move to the mid span. The radial force has affected on the tip clearance vortexes and intensity and dispersion of them have changed in different cases. Both positive and negative stages had negative effect on the efficiency. The power and mass flow have decreased too. At the end, the effect of the turbine changes on the stability of compressor have studied. The compressor has been closer to the surge line. So should have more accuracy in choosing the blade change.

کلیدواژه‌ها [English]

  • turbojet engine
  • Axial turbine
  • Bowed Blade
  • Performance
  • design point
[1] M. Deich, A. Gubarev, G. Filipov, Z.-c. Wang, A new method of profiling the guide vane cascades of turbine stages with small diameter-span ratio, Teploenergetika, Vol. 8, pp. 42-46, 1962.
[2] E. Shang, Z. Q. Wang, J. X. Su, The Experimental Investigations on the Compressor Cascades With Leaned and Curved Blade, No. 78880, pp. V001T03A018, 1993.
[3] H. D. Weingold, R. J. Neubert, R. F. Behlke, G. E. Potter, Bowed Stators: An Example of CFD Applied to Improve Multistage Compressor Efficiency, Journal of Turbomachinery, Vol. 119, No. 2, pp. 161-168, 1997.
[4] F. A. H. Breugelmans, Y. Carels, M. Demuth, Influence Of Dihedral on the Secondary Flow in a Two-Dimensional Compressor Cascade, Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, Vol. 106, No. 3, pp. 578-584, 1984.
[5] A. Fischer, W. Riess, J. R. Seume, Performance of Strongly Bowed Stators in a Four-Stage High-Speed Compressor, Journal of Turbomachinery, Vol. 126, No. 3, pp. 333-338, 2004.
[6] C. Tan, A. Yamamoto, S. Mizuki, H. Chen, Influences of blade bowing on flowfields of turbine stator cascades, AIAA journal, Vol. 41, No. 10, pp. 1967-1972, 2003.
[7] C. Tan, A. Yamamoto, H. Chen, S. Mizuki, Flowfield and Aerodynamic Performance of a Turbine Stator Cascade with Bowed Blades, AIAA Journal, Vol. 42, No. 10, pp. 2170-2171, 2004/10/01, 2004.
[8] C. Tan, H. Zhang, H. Chen, X. Dong, H. Zhao, A. Yamamoto, Flow separation control by using bowed blade in highly loaded turbine cascades, Science in China Series E: Technological Sciences, Vol. 52, No. 6, pp. 1471-1477, June 01, 2009.
[9] M. T. Schobeiri, A. Suryanarayanan, C. Jermann, T. Neuenschwander, A Comparative Aerodynamic and Performance Study of a Three-Stage High Pressure Turbine With 3-D Bowed Blades and Cylindrical Blades, No. 41707, pp. 1237-1246, 2004.
[10] M. Hassan Vand, S. Wang, Numerical Study of the Effects of Bowed Blades on Aerodynamic Characteristics in a High Pressure Turbine, No. 47306, pp. 487-496, 2005.
[11] L. Chen, X. J. Liu, A. L. Yang, R. Dai, Flow performance of highly loaded axial fan with bowed rotor blades, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Vol. 52, No. 4, pp. 042005, 2013.
[12] H. Xu, H. Chang, D. Jin, X. Gui, Blade bowing effects on radial equilibrium of inlet flow in axial compressor cascades, Chinese Journal of Aeronautics, Vol. 30, No. 5, pp. 1651-1659, 2017/10/01/, 2017.
[13] S. Wang, Z. Wang, G. Feng, Numerical Simulation of 3D Flow Field Structure in Turbine Cascade With Bowed Blades, No. 78507, pp. V001T03A064, 2001.
[14] G. Pullan, N. W. Harvey, Influence of Sweep on Axial Flow Turbine Aerodynamics at Midspan, Journal of Turbomachinery, Vol. 129, No. 3, pp. 591-598, 2006.
[15] B. Rosic, L. Xu, Blade Lean and Shroud Leakage Flows in Low Aspect Ratio Turbines, Journal of Turbomachinery, Vol. 134, No. 3, pp. 031003-031003-12, 2011.
[16] W. Wang, W. Chu, H. Zhang, H. Kuang, Experimental and numerical study of tip injection in a subsonic axial flow compressor, Chinese Journal of Aeronautics, Vol. 30, No. 3, pp. 907-917, 2017.
[17] A. Mosavion, A. Hazbavi, Numerical Analysis of the Effect of sweep in Stator and Rotor on the Secondary Flow in a Gas Turbine, The Second National Conference on Axial Development of Civil Engineering, Architecture, Electrical and Mechanics of Iran, 2016.
[18] R. Kazemi, A, Hazbavi, Investigation of The Effect of  Nozzle Lean on The Gas Turbine  Rotor Secondar Flow Losses, The First National Conference on Mechanical Engineering and Industrial Solutions, 2016.
[19] M. R. Aligoodarz, H. Karrabi, M. R. Soleimani Tehrani, Study and Analysis of Blade Twist, Lean and Bow Effects on The Axial Turbine Performance, 2012.
[20] G. Groschup, Strömungstechnische Untersuchung einer Axialturbinenstufe im Vergleich zum Verhalten der ebenen Gitter ihrer Beschaufelung: Dissertation, University of Hanover, 1977.