Journal of Applied Mechanical Engineering

Abstrait

Amélioration de l'efficacité des turbines à gaz pendant le fonctionnement hors conception en ajustant les angles de décalage des pales de la turbine et du compresseur

Schobeiri MT

Les turbines à gaz en général et les moteurs d'avion en particulier subissent des opérations dynamiques fréquentes. Ces opérations comprennent le démarrage de routine, le changement de charge et les arrêts pour couvrir leur enveloppe de fonctionnement. La fréquence du fonctionnement dynamique dépend de la taille des moteurs et du domaine d'application. Les moteurs des avions de transport régional et en particulier des moteurs d'hélicoptère fonctionnent plus souvent en mode hors conception que les moteurs d'avions commerciaux de grande taille et les turbines à gaz de production d'énergie. Au cours de ces opérations de routine, le débit massique du compresseur, le rapport de pression, le débit massique de carburant et d'air de la chambre de combustion ainsi que le débit massique de la turbine changent. Ces changements affectent les performances aérodynamiques du moteur et son efficacité. Pour éviter l'apparition de décrochage et de surtension rotatifs, les turbines à gaz hautes performances sont équipées de mécanismes qui ajustent les angles de décalage du stator, alignant ainsi l'angle d'écoulement de sortie du stator sur l'angle d'entrée du rotor, ce qui réduit une incidence excessive. La réduction de l'angle d'incidence préserve non seulement le fonctionnement stable du compresseur, mais empêche également la détérioration de l'efficacité du compresseur. L'existence d'un gradient de pression positif inhérent peut provoquer la séparation de la couche limite sur les aubes du compresseur, ce qui entraîne le décrochage et la surtension rotatifs. Cependant, une telle condition n'existe pas dans une turbine et, par conséquent, il n'y a aucune raison impérieuse d'appliquer la méthode de réglage des pales au composant de la turbine. Pour la première fois, l'impact du réglage de l'angle de décalage des pales de turbine sur l'efficacité de la turbine à gaz pendant le fonctionnement est montré dans cet article. Étant donné une condition de charge distribuée statistiquement, la simulation dynamique approfondie rapportée dans cet article montre comment l'efficacité peut être affectée positivement par un réglage approprié des pales. Pour le fonctionnement dépendant du temps, le code GETRAN développé par l'auteur a été amélioré pour inclure le réglage des pales de turbine en fonction du temps. Pour effectuer la simulation dynamique avec réglage de l'angle de décalage du stator de turbine pendant un fonctionnement dynamique, la géométrie complète de la turbine à gaz Brown Boveri GT-9 a été utilisée. À partir de l'angle de décalage de référence, il est varié dans une plage d'incidence de ± 3 degrés. Les résultats de simulation détaillés montrent l'amélioration substantielle de l'efficacité grâce au réglage des pales du stator.