¿Cómo evitan las sobretensiones las válvulas de purga variable?

Las válvulas se abren a baja velocidad para evitar que las cuchillas se detengan. A baja velocidad del carrete, o con una configuración de potencia baja (configuración de potencia baja => menos combustible agregado al ciclo => menos potencia en la turbina y, como tal, menos potencia disponible para el compresor), el flujo volumétrico a través del pasaje del compresor de geometría fija se vuelve demasiado grande (con respecto al valor de diseño, la compresión es menor a menor velocidad), el soplado de parte del aire reduce el flujo volumétrico aguas abajo de los puertos de purga.

Esto se puede explicar con los llamados triángulos/diagramas de velocidad del compresor:

El aumento de la velocidad axial a través del compresor ( U _ri aumenta) mientras que la velocidad del carrete disminuye ( ωr disminuye) hace que el ángulo V _ri del flujo ( U _ri - V _ri ) se vuelva menos pronunciado y hace que el flujo se detenga, lo que reduce el funcionamiento de el compresor y bloqueando el paso del flujo; esto se llama sobretensión. El soplado del aire reduce la velocidad del flujo U _ri para evitar que las paletas del compresor se detengan. Algunos compresores pueden cambiar la geometría de las paletas del estator para ajustarse al cambio en el ángulo de entrada, esto se conoce como paletas de estator variables, que amplían el rango operativo. La purga es el último recurso para evitar la sobretensión.

Esto se puede visualizar fácilmente mediante la simulación de una turbina de gas. El siguiente ejemplo muestra un barrido de rendimiento de estado estable de una turbina de gas (reducción de combustible) de un motor de turboeje de helicóptero típico trazado en la característica del compresor. La simulación punteada no incorpora un programa de purga y cruza la línea de sobretensión de la izquierda (dado que esta es una simulación con características de mapa extrapoladas, esto es matemáticamente posible, pero no en la vida real, el compresor se detendría y el flujo de aire se estancaría), el la línea azul continua representa el rendimiento en el que se mantiene un margen de sobretensión del 10 % purgando el aire del compresor (de ahí la región de la línea de funcionamiento paralelo a baja potencia).

La imagen muestra la línea de rendimiento/equilibrio de estado estable en la característica del compresor, la línea de trabajo transitorio mostraría un perfil diferente. La razón por la que la purga puede ser interesante para la puesta en cola (se agrega más combustible para una configuración de potencia más alta) es que un aumento instantáneo en el combustible hará que aumente la cantidad de producto de reacción, lo que hará que la presión dentro de la turbina de gas aumente al mismo tiempo. velocidad del carrete (debido a la inercia, el carrete que se enrolla es relativamente lento) lo que da como resultado que el punto de trabajo vaya a la línea de sobretensión (siguiendo la línea de velocidad constante del carrete). Por lo general, la cantidad de combustible está limitada por el controlador que agrega gradualmente el combustible. Si el punto de trabajo se acerca a la línea de sobretensión, purgar el aire del compresor evitará que el compresor suba.