Varför har stora turbofans i allmänhet många fler LP-turbinfaser än HP-turbinfaser?

Eftersom LP-turbinen extraherar ström till fläkten, vilket kräver den mest effektiva effekten. HP och IP-turbinen extraherar endast kraft för sina anslutna kompressorer - LP-turbinextrakten ger ström till fläkten och LP-kompressorn. Fläkten arbetar med allt luftflöde genom motorn, kompressorerna är endast i en bråkdel (10: 1 för en hög bypass som Trent 1000). Fläkten ger upp till 75% av motorns dragkraft.

Från den här presentationen : Trent 1000s tvärsnitt. Det visar att LP, IP och HP-rotorerna har olika rotationshastigheter, men listar inte dem. En annan (äldre) presentation listar dem som 3600. 6800 och 10200 RPM. Rotationshastigheten går ner när volymen av massflödet går upp.

EngammallärobokavmingerkraftenPextraheradurettturbinenstegsom:

$$P=\dot{m}\cdotu\cdotv_{ax}\cdot[tan(\alpha_2)+tan(\alpha_3)]$$

med

• $\dot{m}$=massflöde[kg/s]
• u=tangentiellbladhastighet[m/s]
• v$_{ax}$=axiellgashastighet[m/s]
• $\alpha_2$och$\alpha_3$vinklarenligtbildennedan.

Såärtangentiellhastighetförturbinbladetiekvationenförkraftuttag,sombeståravrotationshastighetochbladradie.Jusnabbareturbinenvrider,jumerkraftkanextraheraspersteg,ochjufärrestadierkrävs.Varförfallerdårotationshastighetenmedtryck?(HP=10200,IP=6800).

Orsaken är turbins konstruktiva gränser. När gasflödet expanderar blir turbinbladen större och monteras på ett större axiellt avstånd, vilket resulterar i större centrifugalkrafter som är proportionella mot bladmassa, rotationshastighet och avstånd från axeln. För att begränsa centrifugalkrafterna reduceras rotationshastigheten hos rotorn: varje efterföljande steg vrider vid en lägre RPM. Observera att en lägre varvtal kan kompenseras genom att montera bladet längre bort från rotationsaxeln.

LP rotorn på en icke-växlad motor körs med samma rotationshastighet som fläkten. Den optimala varvtalet för turbinen kan vara högre, och det kan anpassas av den växlade fläkten. När bypass-förhållandet blir högre, kommer LP-turbinen att extrahera en högre bråkdel av kraften från luftströmmen - turbopropparna och turbosaxlarna har en växellåda mellan LP-axeln och propeller / rotorn och den höga bypassfläkten närmar sig de relativa dimensionerna av en propell ...

Svaret från Daniel Kiracofe är korrekt, jag har bara några ytterligare kommentarer och jag har inte tillräckligt med rykte för att lägga till detta som en kommentar till hans svar.

Här är en ännu mer intressant fråga. Ta en titt på P & W-utrustad turbofan-tvärsnittet (t ex den här artikeln ). Det har bara tre LPT-steg! Så hur har GTF 3 och alla andra motorer som RR Trent 900 har mycket mer? (t ex har en GE90 liknande 6 eller 7).

Nu, på en växellåda, finns växellådan mellan fläkten och LPT. Det betyder att fläkten och LPT inte behöver springa i samma hastighet. Fläkten kan springa långsamt som den vill, och LPT kan springa fort, som det vill. I så fall är LPT mycket effektivare, och du behöver bara några steg.

Förutom Koyovis svar som diskuterar produktkraven för turbinen, finns det också en inmatningsproblem:

HP-turbinen har det bästa stället: det har högsta inmatningstryck, så du behöver bara ett steg för att extrahera tillräckligt med ström för att köra HP-kompressorn. LP-turbinen går ut på avgaser som redan har fått lite energi extraherad från dem, så lägre tryck-> är mindre effektiv-> du behöver fler av dem för att få den önskade kraften.

Jag gillar några av svaren här, men ingen verkar svara på frågan från fluidmekanikens perspektiv.

En av anledningarna till att lågtrycksregionen har fler stadier är att du vill undvika flödesskillnad, vilket orsakar förlust av energi till recirkulation istället för att ge kraft eller kraft. Lågtrycksregionen komprimerar; detta medför en negativ tryckgradient. I lekman vill flödet i princip gå bakåt, eftersom högt tryck tenderar att strömma mot lågt tryck.

Turbinbladet har flygplansformar, och de fungerar precis som flygplansvingar i att lyften produceras i en rotationsriktning för att ge önskad effekt. Om du försöker vrida flödet för drastiskt utan att ta hänsyn till den negativa tryckgradienten får du flödesskillnad och en drastisk minskning av kompressionsförhållandet och en minskning av effektiviteten för alla andra turbindelar.

Turbomachinery-designers vill vända flödet en vis mängd, men de vill inte göra det med ett steg. Så, ingenjörerna väljer att vända flödet lite varje gång i varje steg, och det visar sig att extra vikt från all den metallen är värt det.

På flipsidan har högtryckssektionen färre blad eftersom flödet verkligen vill bara lämna redan, så recirkulationen är mycket mindre sannolik. Här kan du klippa hörn och lägga halv så många steg. Se hur drastiskt flödet är på denna högtrycksturbin blad här. http://www.technology.matthey.com/wp-content/uploads/articles/39/3/pmr0039-0117-f2.gif

Sehurlågtrycksklingornaärnästanraka?

länk