Что такое перепускной клапан в газотурбинном двигателе?

Компрессор высокого давления в типичном двигателе имеет много ступеней (например, у GE90-115 их 9), все они работают на одном валу и, следовательно, все с одинаковой скоростью. Проблема в том, что иногда расход/давление, создаваемые передними ступенями, не соответствует расходу/давлению, которое могут принять задние ступени. Когда это произойдет, компрессор заглохнет (это плохо).

Это может произойти в нескольких различных ситуациях, и одна из них — быстрый переходный процесс. Например, очень быстрый разгон с холостого хода до полной мощности.

Во время этого быстрого переходного процесса передние ступени могут пытаться прокачать слишком много воздуха по сравнению с тем, что могут принять задние ступени. Со временем все выровняется, но на несколько секунд может быть несовпадение.

Разработчики двигателей могут приспособиться к этой ситуации несколькими различными способами. Одним из них является переходный выпускной клапан.

Когда двигатель выполняет очень быстрое ускорение, переходный выпускной клапан открывается, и часть воздуха из компрессора просто выбрасывается за борт. Когда двигатель достигает устойчивого рабочего состояния, клапан закрывается.

Помимо переходных выпускных клапанов, выпускные клапаны в целом также используются для подачи воздуха высокого давления для различных целей, будь то двигатель или самолет. Воздух спускного клапана может быть направлен к передней кромке гондолы двигателя и крыльев для предотвращения обледенения или предотвращения обледенения.

Воздух спускного клапана также можно использовать для охлаждения различных частей двигателя (камеры сгорания, турбины и т. д.) и для наддува подшипниковых отсеков (?). Я понимаю, что воздух, отбираемый от реактивного двигателя, относится к более старым двигателям, поэтому современные двигатели могут отличаться. Я совершенно уверен, что он все еще используется для защиты от обледенения.

Отбор воздуха также использовался для запуска двигателей на многомоторных самолетах. Запустите по одному двигателю с каждой стороны, затем подайте воздух на стартер другого двигателя.

В некоторых современных двигателях использование отбираемого в переходном режиме воздуха было заменено регулируемыми направляющими лопатками компрессора и другими методами управления работой компрессора.

Вы можете объяснить назначение выпускных клапанов в целом?

См. Как регулируемые выпускные клапаны предотвращают помпаж? почему прокачки используются для предотвращения остановки компрессора. Ответ на этот вопрос уже намекает на использование отвода в переходном режиме. В этом ответе более подробно описываются переходные характеристики с использованием характеристики/карты компрессора , которая описывает соотношение между отношением давления (PR, по вертикальной оси), скорректированным массовым расходом (Wc по горизонтальной оси), эффективностью (η, контур линии на графике) и линии постоянной скорректированной и приведенной скорости (Nc на графике) с использованием бета-линий ( Что такое «бета-линии» компонента газотурбинного двигателя? ) для численной стабильности при использовании в программном обеспечении для моделирования производительности газовой турбины.

Что такое переходный выпускной клапан и для чего он нужен?

Этот ответ DanielK уже объясняет на словах, что происходит, этот ответ основан на этом ответе, чтобы дать немного больше информации о проблемах, с которыми сталкиваются разработчики газовых турбин при разработке стабильных двигателей для определенного ожидаемого срока службы.

Когда вы не принимаете во внимание ограничения двигателя и резко уменьшаете или увеличиваете подачу топлива, двигатель может попасть в области, в которых он не может работать, потребляет слишком много ресурсов или даже разрушает турбину. Например, рабочая линия замедления/ускорения SLAM (синяя сплошная линия) для небольшого турбовинтового двигателя может выглядеть следующим образом в характеристике компрессора:

На изображении ясно видно, что ускорение из нижнего левого угла в верхний правый пересекает красную линию всплеска слева. Обратите внимание, что в программном обеспечении для моделирования цифровое представление характеристики компрессора экстраполируется за пределы линии помпажа, в реальной жизни компрессор не может работать слева от этой линии помпажа. Рабочая точка газовой турбины должна быть даже на несколько процентов вправо для стабильности.

Если мы не будем рассматривать только запас по помпажу, мы увидим, что температура на выходе из камеры сгорания (TT4) также будет слишком высокой:

Чтобы предотвратить пересечение рабочей линией линии помпажа влево во время переходного режима, доступно несколько методов:

• использование лопаток статора компрессора с регулируемой скоростью (VSV), которые эффективно перемещают линию помпажа влево на карте компрессора,
• использование отвода для перемещения рабочей линии вправо от линии помпажа, что увеличивает запас по помпажу,
• планирование топлива.

Оптимизация добавления топлива (постепенное добавление, например, графики подачи топлива в зависимости от давления в горелке) к циклу и использование клапанов VSV и стравливания воздуха из компрессора приведет к тому, что двигатель останется в установленных пределах, см. пунктирную рабочую линию: