応用機械工学ジャーナル

概要

タービンとコンプレッサーブレードのスタッガー角を調整することで、設計外運転時のガスタービンの効率を向上

ショベイリ MT

ガスタービン全般、特に航空機エンジンは、頻繁に動的運転を受けます。これらの運転には、運転範囲をカバーするための定期的な起動、負荷変更、停止が含まれます。動的運転の頻度は、エンジンのサイズと用途によって異なります。通勤用航空機、特にヘリコプターのエンジンは、大型の商用航空機エンジンや発電用ガスタービンと比較して、設計外モードで運転する頻度が高くなります。これらの定期的な運転中は、コンプレッサの質量流量、圧力比、燃焼室の燃料と空気の質量流量、タービンの質量流量が変化します。これらの変化は、エンジンの空力性能と効率に影響します。旋回失速とサージの発生を回避するために、高性能ガスタービンには、ステータの食い違い角を調整するメカニズムが装備されており、ステータの出口流角がローターの入口角に揃うため、過度の入射角が低減します。入射角の低減により、コンプレッサの安定した運転が維持されるだけでなく、コンプレッサの効率の低下も防止されます。固有の正の圧力勾配が存在すると、コンプレッサブレードの境界層が剥離し、回転失速やサージが発生する可能性があります。しかし、このような状態はタービンには存在しないため、タービンコンポーネントにブレード調整方法を適用する強い理由はありませんでした。この論文では、初めて、タービンブレードのスタッガー角度調整が動作中のガスタービン効率に与える影響を示します。統計的に分布した負荷条件を前提として、この論文で報告された広範な動的シミュレーションは、適切なブレード調整によって効率がどのようにプラスの影響を受けるかを示しています。時間依存動作の場合、著者が開発したコード GETRAN が拡張され、タービンブレード調整が時間の関数として含まれるようになりました。動的動作中にタービンステータスタッガー角度調整を伴う動的シミュレーションを実行するために、Brown Boveri GT-9 ガスタービンの完全なジオメトリが使用されました。基準スタッガー角度から始めて、± 3 度の入射範囲内で変化します。詳細なシミュレーション結果は、ステータスタッガーブレード調整による大幅な効率向上を示しています。