UCK 474 UCAK MOTOR TASARIMI KOMPRESOR TASARIMI Yrd

UCK 474 UCAK MOTOR TASARIMI KOMPRESOR TASARIMI Yrd. Doç. Dr. Onur Tunçer İstanbul Teknik Üniversitesi 13 Nisan 2010

Ortalama Hız Eksenel kompresörler hava hızının neredeyse sabit kalmasını sağlayacak yakınsak bir kesit ile tasarlanırlar. Bu sayede basınç arttığında hava hızı fazla değişmez bu da kompresörün verimini arttırır.

Bir Eksenel Kompresörde Kesit Alanı Akışkan Sıkıştıkca Eksenel Hızı Sabit Tutmak Maksadıyla Daraltılır

Orenda 14 Turbojet Motorunun Kompresör Rotoru

Yüksek Performanslı Bir Jet Motorunun Gövde Montajı ve Statör Kanatçıkları (GE J 79, Arkadan Görünüş)

Eksenel Kompresör Montaj Resmi (GE J 79 Turbojet)

Rotor Kanatçıklarını Diske Bağlama Yöntemleri

Kompresör Kanatçıklarının Geometrisi

Tekrar Eden Kademelerden Oluşan Bir Kompresörde (Repeating Row Repeating Stage) Tek Kademenin Geometrisi

DİFÜZYON FAKTÖRÜ ØDifüzyon faktörü kanatçığın emiş tarafındaki (suction side) sınır tabaka tarafından karşılan ters basınç gradyentinin gücünü gösteren analitik bir ifadedir. ØKompresör tasarımındaki ana hedef yüksek difüzyon faktöründe bile yüksek aerodinamik verim elde etmektir. Çünkü D için yüksek değer hem kademelerin sayısının hem de kanatçık sayısının azaltılmasına olanak tanır ki bu ağırlık açısından son derece önemlidir. ØYüksek D için tasarım yapabilme “teknoloji seviyesi” için bir göstergedir. ØBugünkü bilgisayar dünyasında dahi tasarımcılar difüzyon faktörünü teknoloji seviyesini ölçmek için kullanırlar. ØDifüzyon faktörü sadece akış geometrisine bağlıdır dolayısıyla kanat profili hakkında bir şey söylemez.

Varsayımlar: 1. Kompresör birbirini tekrar eden eş kademelerden oluşacaktır. Aynı zamanda rotor ve Stator kanatçıkları birbirlerinin aynadaki görüntüsü gibi olacaktır. Bu duruma kompresor tasarımında “repeating-row repeating stage” adı verilir. 2. Akış iki boyutludur. Dolayısıyla akım yönüne dik doğrultuda akışkan özelliklerinde bir değişim yoktur ve aynı zamanda bu yönde bir hız bileşeni bulunmaz. 3. Eksenel hız sabittir. 4. Politropik verim kademedeki kayıpları belirten ölçü olarak kullanılır. 5. Ortalama yarıçap sabittir. 6. Gaz kalorifik olarak mükemmeldir.

Verilenler: i. Kütlenin korunumu ii. Kademe tekrarlı olduğu için, olduğundan, sonuç olarak,

iii. Difüzyon Faktörü Difüzyon faktörü bu durumda rotor ve statör için aynıdır, yukarıdaki denklemlerden çekilecek olursa, Verilen değerlerine karşılık gelen yalnız bir tek vardır.

iv. Reaksiyon Oranı (Degree of Reaction) İyi bir tasarımda bu oran 0. 5 civarında olmalıdır. Çünkü bu durumda rotor ve statör statik sıcaklık artışını eşit olarak paylaşmış olacaktır. Tekrar eden kademeli Tasarımın bir avantajı da bu oranın rotor ve statör hız üçgenlerinin benzerliğinden dolayı tam olarak 0. 5 olmasıdır. v. Kademedeki Toplam Sıcaklık Artışı ve Sıcaklık Oranı

vi. Kademe Basınç Oranı vii. Kademe Verimi viii. Kademe Çıkışındaki Mach Sayısı Mach sayısı kademe azalır.

ix. Disk Hızı/Giriş Hızı Oranı x. Kademe Girişindeki Bağıl Mach Sayısı dolayısıyla, olacağından giriş Mach sayısı dikkatli seçilmelidir.

Genel Çözüm: değerleri verildiğinde bütün mümkün olan bütün tekrar eden sıralı kompresör kademeleri hesaplanabilir. Şöyle ki,

Tekrar Eden Kompresör Kademesi (D=0. 5, Sigma=1, ec=0. 9)

Difüzyon Katsayısına Bağlı Olarak Tekrar Eden Kademeli Kompresörde Tek Bir Kademenin Karakteristiği

Katılığa (solidity) Bağlı Olarak Tekrar Eden Kademeli Kompresörde Tek Bir Kademenin Karakteristiği

Carter Kuralı Akış açıları belirlendikten sonra bunu gerçeklestirecek fiziksel kanat geometrisinin belirlenmesi gerekmektedir.

Tipik Bir Eksenel Kompresör Kademesinin Boyutları

Kanat Profili Üzerinde Tutunma Kaybı • Hava akımı kanat profiline • belirli bir açıdan daha yüksek hücum açısıyla geldiği zaman kanat profili üzerinde tutunamaz ve akım ayrılması meydana gelir. Sonuç olarak kanatçık üzerinde tutunma kaybı meydana gelir ve kanatçık kaldırma kuvveti üretemez ve kompresörde istenilen basınç yükselmesi gerçekleşmez. Akım Ayrılma Bölgeleri

Dinamik Akım Darbesi • Girişteki statik hava basıncı • • • kompresörün tasarım karakteristiğinin üstüne çıktığında meydana gelir. Kompresör de akım tersine döndüğünde bu dalgalanma motor içerisinde yayılır. Akım kompresörden yani motorun önünden dışarı çıkar. Sonuçta, kompresör aldığı havanın tamamını yanma odasına iletemez ve ani bir akım darbesi oluşur. Kompresör Girişi Türbin Çıkışı http: //www. turbosolve. com/index. html

Dinamik Akım Darbesinin Etkileri • Girişteki akım tersine döner ü Motora giren kütle debisi azalır ü Kompresör kademeleri basınç kaybeder. ü Düşen basınç nedeniyle hava tekrar kompresöre döner ü Kütle debisi artar • Artan kütle debisi yine yüksek basınca neden olur. – Akım darbesi tekrar başta oluşur. – Motordaki akım darbesi düzeltici bir önlem alınana kadar devam eder.

Dinamik Akım Darbesi Süreci Kompresör Surge Point, P basıç kaybeder Flow Reverses No Surge Condition Flow reverses back into engine Düzeltici Eylem V

Kompresör Hız Eğrisi

Kompresör Çalışma Haritası