Vad är begränsningarna att använda en enda axel mellan kompressorn och turbinen i en jetmotor?
Fråga bakgrund
Jag studerar den inre strukturen och komponenterna i en turbojet. Jag kan se att det finns en axel mellan kompressorn och turbinen, så att energi extraheras mekaniskt från den utgående gasen och används för att hjälpa kompressorn att rotera. Du kan uppskatta det i nästa bild:
Fråga
Jag förstår att axeln är där så att turbinen hjälper kompressorns rörelse. Men det här introducerar en allvarlig begränsning: både kompressorn och turbinen behöver rotera i samma hastighet. Är detta sant i allmänhet? Hur hanteras detta när det finns flera axlar som förbinder flera kompressorer / turbiner? Behövs reduktionslådor här eller flyttar de i själva verket med samma hastighet? Är det här en stor sak, introducerar det några allvarliga begränsningar / nackdelar när det gäller den spännande luften?
Började studera jets, hoppas att svaren inte är så triviala.
1 svar
How is this managed when there are several shafts connecting several compressors/turbines?
Den olika axeln roterar med olika hastigheter från varandra, men de relativa kompressorn / turbinparen roterar med samma hastighet.
Utökar lite, i det mest komplicerade fallet som jag hört talas om, det finns 3 axlar: Högtryck (HP), Mellantryck (IP) och Lågtryck (LP)
Bild källa
HP-turbinen och HP-kompressorn roterar med samma hastighet, men det är inte nödvändigtvis lika (det är faktiskt högst sannolikt att det kommer att vara annorlunda, annars skulle det inte behöva olika axlar) till IP-hastigheten kompressor / turbinpar. Och detta kommer också att vara annorlunda även från LP-turbin / fläktparets hastighet.
Are reduction boxes needed here or do they, in fact, move at the same speed?
De roterar i allmänhet med samma hastighet. Och i allmänhet vill du inte ha växellådor i den centrala delen av din motor. Bortsett från underhållsmardrömmen att de skulle bli, med tanke på de berörda rotationshastigheterna och energierna, skulle de vara extremt tunga, ineffektiva och skulle utgöra ett kritiskt system som är ganska benägna att misslyckas.
Ett undantag är fläktarna, de har tillräckligt med utrymme och ligger framför resten av motorn, vilket möjliggör att växellådan är inrymd i sitt hölje. Du kan hitta en bättre diskussion om detta fall i denna fråga ; Tänk på att här har du 3 kompressorsteg med endast 2 turbinsteg, växellådan var nödvändig för att ha en hastighetsskillnad mellan fläkt och IP-kompressor utan att kräva 3 turbinsteg och ytterligare en axel. (tack vare @fooot för att peka ut PW1000G)
Is this a big deal, does it introduce any serious limitation/drawbacks regarding the exiting air power?
Som allting i teknik, det finns trade-offs. Den ideala prestanda skulle erhållas via en oändlig uppsättning oändligt tunna turbiner / kompressorer, var och en roterande med en något annan hastighet, men detta är inte tekniskt genomförbart. Motordesignerna kommer sedan att reglera sig för en lite suboptimal prestanda, men det kommer att kunna uppnås med 1 eller 2 (3 i extrema fall) diskreta axlar.
Läs andra frågor om taggar jet-engine compressor turbine Kärlek och kompatibilitet Skor Gear 12 Stjärntecken Grunderna