turbomachines axiales - HCMUT
TURBOMACHINES AXIALE. Des objectifs contradictoires. Puissance (maxi pour
une turbine). Poussée (mini pour un compresseur). Performances ...
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aubes et allongement
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Relations avec
la charge par étage
EMBED Equation.3
le degré de réaction
EMBED Equation.3
Compresseur axial avec conservation de la vitesse axiale
EMBED AutoCAD.Drawing.16
EMBED Equation.3
Théorème dEuler: EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED AutoCAD.Drawing.16
EMBED Equation.3 EMBED AutoCAD.Drawing.16
EMBED Equation.3 EMBED AutoCAD.Drawing.16
EMBED Equation.3
EMBED AutoCAD.Drawing.16
EMBED Equation.3 EMBED AutoCAD.Drawing.16
Les trois schéma ci-dessous illustrent cet énonce
1er cas
EMBED AutoCAD.Drawing.16 2ème cas
EMBED AutoCAD.Drawing.16 3ème cas
EMBED AutoCAD.Drawing.16
EMBED AutoCAD.Drawing.16
EMBED AutoCAD.Drawing.16
EMBED AutoCAD.Drawing.16
Compresseur à écoulement amont supersonique
Notion dincidence unique
EMBED AutoCAD.Drawing.16
Lécoulement supersonique dans le domaine ABA est completement determiné par la donnée du mach amont M1 et de la portion AB du profil.
Conservation du débit
EMBED Equation.3
fonction de EMBED Equation.3 et EMBED Equation.3 larsque la portion AB du profil est donnée
EMBED Equation.3 Pour une grille supersonique (aimorcée) on ne peut pas imposer à la fois le Mach amont EMBED Equation.3 et lincidence EMBED Equation.3 .
.. ISENTROPIQUE
Rendement EMBED Equation.3
Mais EMBED Equation.3
car EMBED Equation.3 par hypothèse
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
En introduisant le coefficient de débit EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Le colcul dequilibre radial qui pournit levolution radiale des angles absolus ( EMBED Equation.3 ) ou relatifs ( EMBED Equation.3 ) dépend des pertes
pertes par frottement sur les profils
pertes par choc
pertes par écoulements secondaires
couches limites moyeux et carter
jeux
pertes de culot dues à lépaisseur finiz des bords de fuite.
( Determination du rendement détage
-A- ROTOR
Coefficient de perte EMBED Equation.3
Hypothèse dincompressibilité EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Mais EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
Et EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Soit EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
-B- STATOR
Coefficient de perte EMBED Equation.3
Hypothèse: incompressibilité EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Mais EMBED Equation.3
Comme EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
OPTIMISATION de EMBED Equation.3 en fonction du degré de réaction EMBED Equation.3
Hypothèse On se donne
la charge par étage EMBED Equation.3
le coefficient de débit EMBED Equation.3
On cherche EMBED Equation.3 optimum en fonction de EMBED Equation.3
On sait que
EMBED Equation.3
donc EMBED Equation.3 (et EMBED Equation.3 )
On calcule le facteur de diffusion D en fonction de EMBED Equation.3 et EMBED Equation.3
On en déduit EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED AutoCAD.Drawing.16
EMBED AutoCAD.Drawing.16
Fonctionnement hors adaptation
Hypothèse Compresseur défini pour EMBED Equation.3 fixé (conditions nominales)
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 donné par EMBED Equation.3
et EMBED Equation.3 donné par EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 constants on fait varier EMBED Equation.3
1. EMBED Equation.3
Quand EMBED Equation.3 ( la charge EMBED Equation.3 (
2. On a EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 Quand EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
3. On a EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 Quand EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
4. On a EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 Quand EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
5. On a EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 Quand EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
Si le coefficient de débit EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
La charge ( mais les angles incidents sur la roue ( EMBED Equation.3 ) et le redresseur ( EMBED Equation.3 ) ( et les ralentissements dans les grilles deviennent plus sévères
EMBED Equation.3 risque dinstabilité et POMPAGE
Problème: EMBED Equation.3 est trop grand
Remède augmenter EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 Directrice dent à calage varial (ou redresseur à calage variable)
Ventelles ou vannes dantipompage
EMBED AutoCAD.Drawing.16
PERFORMANCES
Diagramme compresseur
EMBED AutoCAD.Drawing.16
La ligne de pompage divise le champ compresseur en 2 domaines: stable/instable
Les différents fonctionnement instables:
Décollement tournant
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Mécanisme
Décollement extrados aube 1
Blocage du passage entre 1 et 2
Déviation de lécoulement incident sur laube 2
Augmentation de lincidence aube 2
Décollement extrados aube
etc
Le décollement tournant EMBED Equation.3 fluctuation spatiale du débit (une fraction du rotor est décollée) mais il ny a pas de fluctuation temporelle du débit moyen (régime stationnaire pour le débit globe)
Pompage
EMBED Equation.3 Fortes fluctuation du débit et du taux de compression dues à des décollement sur les aubes ou sur les carters
Flottement
Couplage entre excitation aérodynamique et vibrations des aubes. La fréquence propre des aubes foue un role important
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déteste
EMBED Equation.3
Maximum de vitesse à lextrados vers larrière du profil
EMBED Equation.3 CL laminaire EMBED AutoCAD.Drawing.16
Compression
EMBED Equation.3
Maximum de vitesse près du bord d
EMBED Equation.3 CL turbulent + recompression progressive
.
CRITERES DE POMPAGE
EMBED AutoCAD.Drawing.16
La marge de pompage EMBED Equation.3 temps daccélération du moteur
Facteurs influencant le pompage
Facteurs internes
A/ Facteur de diffusion ( 0.6
EMBED Equation.3
B/ Pour les décollements parietaux sur les carters
EMBED Equation.3
C/ Stator à calage variable pour réadapter les incidences sur les rotors à faible régime (fermeture au ralenti)
Facteurs externes
Pompage lié aux hétérogénéités
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Vent de travers
Avion civil
EMBED AutoCAD.Drawing.16
Décollement dans les entrées dair à grande incidence
Avion de combat
Quelques ordres de grandeurs
Conditions sur la triangulation
A/ Mach incidence sur le rayon mini (diminution des pertes secondaires)
EMBED Equation.3
B/ Ralentissement
Sur les aubes EMBED Equation.3
Pour la Cl sur les carters EMBED Equation.3
C/ Déviation (phénomènes secondaires)
- en subsonique: EMBED Equation.3 à EMBED Equation.3
- en supersonique: quelques degrés
Vitesse axiale à lentrée
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 pour EMBED Equation.3
et EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 limite du blocage sonique
En pratique
205 à 210 (kg/s)/m2 pour un premier étage de soufflante (eclt sain)
190 à 195 (kg/s)/m2 pour dun compresseur HP (( de CL pariétales + sillage des aubes BP)
Evolution de la vitesse axiale
Mach à lentrée de la chambre de combustion ( 0.25 à 0.3
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Optimiser la distribution pour limiter la diffusion dans les roués
Régime de rotation et taux de compression
Rappel La triangulation est determinée par la donnée de
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Pour ( fixé le taux de compression EMBED Equation.3 dépend de EMBED Equation.3
EMBED AutoCAD.Drawing.16
La vitesse périphérique est limitée par la valeur du Mach en tète
Exemple
Débit spécifique 210 (kg/s)/m2
EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3
u = 450 m/s
entrée axiale EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 Compresseur à circulation constante ou irrotationnel ou free vortex flow
EMBED Equation.3
équilibre radial simplifié
Travail fourni au fluide
EMBED Equation.3
Travail indépendant du rayon
Inconvénient: W est maximum à lextremité des aubes ( risque datteindre le Mach critique du profil (sur le 1er étage car pour les étages suivants T ( ( la vitesse du son ( ( Mach ()
Remèdes
Diminuer Wmax en diminuant la charge (done la circulation)
Utiliser des profils appropries (minees bicirculaires)
Diminuer ( (mais 1 - ( est un fonction décroissante de
.
EMBED Equation.3
( Abandonner EMBED Equation.3
( Compresseur ratationne
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