Upload
christos-a-karliampas
View
463
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
Geared Turbofan
Καρλιάμπας Χρήστος
Ιστορία
• Πρόκειται για μια νέα ιδέα?• Honeywell-Lycoming ALF-502• Κατασκευή 1980 • 1βάθμιος LPC- 7βάθμιος αξονικός, 1βάθμιος
ακτινικός HPC • 2βάθμια HPT, 2βάθμια LPT• BPR:5.7• F=31kNt, SFC:11.5 gr/kN/s
Gear Patent 1973
Aero Engines
• Compressor: Cp*ΔΤ=U*ΔVu=ω*Rm*Va*Δa• Επιθυμώ ΔΤ>> για λιγότερες βαθμίδες=>βάρος• Va=ct λόγω συνεκτικών φαινομένων• Δa=ct λόγω επιβράδυνσης ροής• Συνεπώς για δεδομένη γεωμετρία
=> αύξηση ω~Ν
Aero Engines
• Μας ενδιαφέρει Fs (F) και SFC • F=Σm*(Vout-Vin)• Δυο τρόποι για max F1.Κίνηση μεγάλης παροχής μάζας (fan)2.Vout>>Vin
Ποιες μηχανές χρησιμοποιούν τους δύο τρόπους?
Aero Engines
Aero Engines
• Αύξηση παροχής fan (BPR) => αύξηση διαμέτρου
Ως τώρα fan δεμένος στην άτρακτο του LPC Αποτέλεσμα? Ν>>
Mtip=1+ =>πλάγιο κρουστικό κύμα => (-) απώλειες
Τι κάνω? Gearbox για άλλες στροφές
Geared Turbofan
• Για τον κατασκευαστή προκύπτει το ερώτημα εάν το κιβώτιο είναι βαρύτερο από μια αργόστροφη LPT και αν το όφελος του βάρους αντισταθμίζεται από τα κόστη συντήρησής του.
• Επιπλέον είναι ρίσκο για μια εταιρία η ανάπτυξη μιας τέτοιας νέας συνιστώσας (χρόνος, χρήμα εργαζόμενοι)
• Που θα εστιάσει? fan, compressor, turbine και combustion chamber σχέδια/υλικά είτε gearbox
• (P&W, MTU , GKN, AvioAero)
Geared Turbofan
• Παρουσίαση του υπάρχοντος κινητήραPW1000 της Pratt & Whitney
• Συνιστώσες • Οφέλη/μειονεκτήματα • Σύγκριση με άλλες εταιρίες/προϊόντα
PW1000
PW1000
FAN• BPR: 12.5 (ex: 5.1)• Διάμετρος 81in (210cm) • 18 διμεταλλικά πτερύγια για ανθεκτικότητα (LE?)• Κέλυφος από σύνθετα υλικά (carbon) για
ελάφρυνση• RR (three spool, BPR=9.3 Trent XWB)
PW1000
Compressor• LPC: 3βάθμιος high rotating speed (x3)• HPC: 8βάθμιος high rotating speed
• CFM56-5B (GE): 3-9 άρα λιγότερα πτερύγια=>+ συντήρηση
Tt3=1300 F δηλαδή 980 Κ
PW1000
Combustion Chamber• Αναπτύχθηκε από κοινού με τη NASA (Talon)• Πλούσιο μίγμα αέρα-καυσίμου κυρίου ρεύματος• Annular Type• Τα παραπάνω ελαχιστοποιούν το μήκος
θαλάμου καύσης• Επιπλέον (-) NOx κατά 50%
PW1000
Turbine• HPT: 2βάθμια
Βασική συνιστώσα (60% κόστους)• LPT: 3βάθμια (GE 7)
=> 2/3 λιγότερα πτερύγια
Σχεδίαση LPT από MTU tip-shrouded airfoils προκειμένου να αντέχει σε μεγαλύτερες πιέσεις, θερμοκρασίες και ταχύτητα καυσαερίων
• GKN στο ακροφύσιο (FAVN)
PW1000
Gearbox• Πλανητικό σύστημα (AvioAero)• Ήλιος κινούμενος από άτρακτο LP• Στεφάνη ακίνητη • Πλανήτες με άξονες συνδέονται με fan• 3:1 από 10.500-3500 RPM (αντίστοιχα 5200)
• Τι γίνεται με τις απώλειες? (30000 shp)
PW1000
PW1000
• Πλεονεκτήματα• -15% κατανάλωση καυσίμου (11% από fan)1. -3600 tn/ac/y CO22. -55% NOx• -20dB λόγω ηχομόνωσης από τον fan• Λιγότερες βαθμίδες=> (-) βάρος + συντήρηση• Ο μειωτήρας έχει 7 κινούμενα μέρη μόνο• Στατική ώση: 110 kNt• SFC: 7.15 gr/kNt/s
PW1000
PW1000
PW1000-GE LEAP
PW1000-RR UltraFan
• Rolls Royce ανάπτυξη geared turbofan μέχρι 2025 (25-25)
• OPR: 70:1• BPR: 13:1-15:1• Contra rotating fan• 3 spool engines δίνουν μεγαλύτερη ευελιξία• 50MW gearbox
RR UltraFan