En gjennomgang av litteraturen om turbomaskineri med blandet strømning avslører en overraskende variasjon i måten ingeniører bruker begrepet "turbomaskin med blandet strømning". Spesielt to hovedoppfatninger av begrepet skiller seg ut. På den første oppfatningen refererer 'blandet strømning' til foreningen av aksiale og radielle strømningsretninger til en diagonal strømning, noe som resulterer i det noen kaller diagonal turbomaskiner. I den andre oppfatningen refererer 'blandet strømning' til kombinasjonen av distinkte elementer der strømmen er aksial i noen og radial i andre. Denne typen maskin kalles noen ganger en aksial-radial kombinert turbomaskin.

Diagonale turbomaskiner bruker en strømningsvinkel som er mellom aksial og radial og kan betraktes som bare varianter av radielle maskiner. Den diagonale strømningsvinkelen gjør at disse maskinene kan nyte noen fordeler fra både aksiale og radielle strømninger. I kontrast representerer aksial-radial kombinerte turbomaskiner en strategisk integrasjon av både aksial- og sentrifugaldesign.

I lys av den tvetydige bruken av begrepet, kan man med rimelighet lure på hva som virkelig definerer en turbomaskin med blandet strømning. Er det konvergensen av strømningsretninger, den strategiske blandingen av ulike maskintyper, eller en fusjon av designelementer?

Diagonale turbomaskiner er preget av flytens meridionale utgangsvinkel, som varierer mellom 0 og 90 grader. Denne geometrien gjør at strømmen kan gå ut nærmere en aksial retning, med utløpsmiddelradius større enn innløpet. I kompressorer med blandet strømning muliggjør dette designet høyere effektivitet innenfor et begrenset tverrsnittsområde. Dette fordelaktige oppsettet dekker et kritisk behov i ulike applikasjoner som ubemannede luftfartøy (UAV), der integrering av gassturbiner krever overlegen ytelse innenfor begrensede romlige begrensninger samt et høyt skyvekraft-til-vekt-forhold.

I mellomtiden, i turbiner med blandet strømning, har sammenslåingen av radielle og aksiale turbinelementer sine egne fordeler. Ved å minimere strømningsbanens krumning og redusere sekundærstrømningen, kan aksial-radiale kombinerte turbiner optimere ytelsen. Denne hybriddesignen har en variabel kjeglevinkel ved bladinntaket, noe som muliggjør en bladvinkel som ikke er null samtidig som den opprettholder radiell integritet. Foroverveiingen ved innløpet forbedrer ikke bare ytelsen, men sikrer også strukturell stabilitet – en avgjørende faktor for turbineffektivitet og pålitelighet. Sammenlignet med radielle turbiner har aksial-radial kombinerte turbiner en iboende fleksibilitet i design og drift, og posisjonerer dem som et ideelt valg i ulike industrielle applikasjoner hvor effektivitet, tilpasningsevne og pålitelighet er avgjørende.

Denne kombinasjonen brukes spesielt i gassturbinmotorer, hvor integrering av aksial- og sentrifugalkompressorer spiller en sentral rolle for å forbedre den totale effektiviteten og ytelsen. Kombinasjonen innebærer å plassere aksialstrømskompressoren som lavtrykkskompressoren foran, mens sentrifugalstrømskompressoren inntar rollen som høytrykkskompressoren bak.

Plasseringen av sentrifugalkompressorer i det siste trinnet utnytter det reduserte volumet av gass eller luft på det stadiet, noe som muliggjør en mindre kompressorstørrelse og reduserer utfordringer knyttet til større frontale områder. I tillegg gjør det brede operasjonsområdet av massestrømningshastigheter uten å stoppe sentrifugalkompressorer dyktige til å håndtere det reduserte volumet som oppstår i de siste kompresjonstrinnene.

Derimot bruker radial-aksiale kombinerte turbiner det omvendte arrangementet til aksial-sentrifugalkompressorer. I disse turbinene kommer strømningen først inn i den radielle delen, og utnytter den variable rekkeviddekapasiteten til radielle turbiner. Strømmen blir deretter rettet inn i den aksiale delen etter ekspansjon, og drar fordel av den høye strømningshastighetskapasiteten som er iboende til aksiale turbiner. Dette arrangementet optimerer utnyttelsen av både radielle og aksiale turbinegenskaper, og muliggjør effektiv energiutvinning og utnyttelse over et bredt spekter av strømningsforhold.

For å oppsummere, har kategoriseringen av både diagonale og aksial-radiale kombinerte turbomaskiner under paraplybegrepet "mixed flow turbomachine" betydelig fortjeneste. Når det gjelder diagonale turbomaskiner, reflekterer begrepet "blanding" direkte strømningsegenskapene, som ligger mellom de rent aksiale og radielle retningene. Denne mellomliggende strømningsbanen legemliggjør essensen av å blande to distinkte strømningsmønstre, noe som fører til effektiv utnyttelse av både aksiale og radielle strømningsfordeler.

På samme måte, med aksial-radial kombinerte turbomaskiner, resonerer begrepet "blandet strømning" med integrasjonen av aksialt og radialt maskineri. Den kombinerte geometrien gjør det mulig for ingeniører å utnytte styrken til både aksial- og sentrifugalkompressorer i gassturbinmotorer, og dermed oppnå optimal ytelse og effektivitet. Begrepet "miks" her understreker den strategiske kombinasjonen av disse to distinkte maskintypene, som muliggjør utnyttelse av deres individuelle fordeler innenfor et enhetlig, synergistisk system.

I lys av disse betraktningene ønsker vi å stille et spørsmål: Hva betyr turbomaskiner med blandet strømning for deg? Er de en indikasjon på konvergensen av strømningsretninger, sammenslåingen av ulike maskintyper, eller kanskje en subtil blanding av ulike design- og driftselementer? Din innsikt blir verdsatt, og vi ser frem til å lese kommentarene dine!

Referanser:

[1] https://www.softinway.com/wp-content/uploads/2020/09/Flow-Studies-in-a-Mixed-Flow-Compressor-Stage.pdf
[2] Rajakumar, D. & Ramamurthy, Surender & Govardhan, Mukka. (2014). Eksperimentelle undersøkelser av effekter av spissens klaring i blandet strømningskompressorytelse: https://doi.org/10.1177/0954410014541102
[3] https://aviation_dictionary.en-academic.com/786/axial-centrifugal_compressor

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://blog.softinway.com/what-exactly-is-a-mixed-flow-turbomachine/