Turbomacchine - Progettazione di compressori assiali

Progettazione di compressori assiali

La progettazione di un compressore assiale parte dalle specifiche di:

• Rapporto di compressione
• Portata da elaborare

Il progettista parte la progettazione scegliendo il caricamento di uno stadio e quindi l'aumento di pressione in funzione di:

• Numero di stadi
• Velocità di rotazione

Importanza fondamentale: l'architettura della macchina. La scelta è tra compressori assiali o centrifughi mentre quelli a flusso misto non vengono considerati solitamente.

Avendo compreso ciò, come si fa a scegliere tutti i parametri e le architetture di macchine?

Generalmente per farsi guidare sulla tipologia di macchina si parte da diagrammi come quelli sotto e leggendo i coefficienti di carico ψ e coefficienti di perdita ζ.

Questi due coefficienti si possono valutare con questi due parametri che abbiamo:

• φ = V_x/U
• ψ = Δh₀/U²

Questo diagramma rappresenta una linea a φ_max e fa capire la migliore architettura in base alla φ di compressori assiali.

Si stabiliscono i φ_max nella zona ad elevato φ e basso ψ, quelli centrifughi invece ad alto ψ e basso φ.

Notiamo che se volessimo progettare una macchina ad elevato ψ e φ_max saremmo penalizzati in fatto di efficienza dato che non siamo sulla linea di ottimo.

La progettazione preliminare viene eseguita a raggio medio (Pitchline).

Si sceglie quindi un raggio medio e si vanno a definire tutti i parametri progettuali a questo raggio.

Generalmente si progettista dopo aver scelto l'architettura (in questo caso compressore assiale) e il raggio medio parte a fissare seguenti parametri:

1. Carico palare, generalmente viene valutato con un fattore di diffusione DF.

DF = 1 - V₂/V₁ + (ΔV_g/2UV₁)

dove bç saldatura: b fascio

Il termine DF dà informazione sulla decelerazione del flusso e quindi sull'aumento di pressione statica negli schieramenti e sulla deflessione del flusso, quindi sul carico.

Solitamente:

• DF ≤ 0.45 → OK
• DF > 0.6 → stallo (perdita)

2. Aumento di pressione sul canale meridiano, per evitare aumenti di pressione troppo elevati si usa il criterio di Hallum:

V₂/V₁ > 0,7, θ ≤ 0,44, θ_stallo ≤ 0,4 U²

3. Massimo numero di Mach, esso dipende dal compromesso che si vuole ottenere tra alta efficienza e alto rapporto di compressione.
4. Solitamente attualmente si commette errore nell'impiego del primo stadio a un Mach di 1,4 che è volume di transizione subsonico-supersonico, quindi a stadio assente.
5. Altrimenti si ha un compressore assiale di Mach massimo sull'ultimo stadio dato che è necessario abbassato dopo stato di velocità (e quindi Mach diminuisce).

Progettazione di compressori assiali

La progettazione di un compressore assiale parte dalle specifiche di:

• Rapporto di compressione
• Portata da elaborare

Il progettista parte la progettazione scegliendo il carico di uno stadio e quindi l'aumento di pressione in funzione di:

• Numero di stadi
• Velocità di rotazione

Importanza fondamentale è l'architettura della macchina. La scelta è tra compressori assiali o centrifughi, mentre quelli a flusso misto non vengono considerati solitamente. Avendo _cm cost come si fa a scegliere tutti i parametri e le architetture di macchina?

Generalmente per farsi guidare sulle tipologie di macchina si parte da diagrammi del Cordier dove legando il coefficiente di carico ψ e φ. Questi due coefficienti si possono valutare con, per due parametri che abbiamo:

ψ = Δh₀/u₂

φ = V_X/u

Questo diagramma rappresenta una linea a max _cm ^c_M e fa capire la migliore architettura in base alle φ di compressori assiali. Si stabiliscono per una φ^max nella zona ad elevato φ e basso φ quelli centrifughi invece ad alto φ e basso φ. Notiamo che se volessimo progettare una macchina ad elevato ψ si può fare ma saremo penalizzati il fatto di efficienti dato che non siamo sulla linea di ottimo.

La progettazione preliminare viene eseguita a raggio medio (Pitchline). Si sceglie quindi il raggio medio. Si vanno a determinare tutti i parametri progettuali a questo raggio. Generalmente per progettista, dopo aver scelto l'architettura (in questo caso compressore assiale) e il raggio medio, parte a fissare i seguenti parametri:

1. Carico palare, generalmente viene valutato con un fattore di diffusione DF.

DF = 1 - V₂/_V1 + (ΔV_g)/2uV₁

dove _l^L è scrittura Infor Fasci. Il termine DF dà informazione sulla decelerazione del flusso e quindi sull'aumento di pressione statica nella schiera e sulla deflessione del flusso quindi sul carico. Solitamente

• DF≤0.45=OK
• >DF 0.6=Stallo (perdita)

Aumento di pressione sul canale meridiano, per evitare aumenti di pressione troppo elevati si usa il criterio di Hallim:

V₂/V₁ > 0.75

ΔP/P₀₁