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Cenni di calcolo e simulazione di Turbine a Gas in condizioni di Fuori Progetto

Cenni di calcolo e simulazione di Turbine a Gas in condizioni di Fuori Progetto. Enrico Lo Gatto Cranfield University. Mappe Caratteristiche. surge line. 1.1. 1.0. chocking. 0.9. chocking. 0.8. 0.7. 0.6. 0.5. 1.0. 0.6. 0.4. Procedura Iterativa tramite uso delle mappe.

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Cenni di calcolo e simulazione di Turbine a Gas in condizioni di Fuori Progetto

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Presentation Transcript

  1. Cenni di calcolo e simulazione di Turbine a Gas in condizioni di Fuori Progetto Enrico Lo Gatto Cranfield University

  2. Mappe Caratteristiche surge line 1.1 1.0 chocking 0.9 chocking 0.8 0.7 0.6 0.5 1.0 0.6 0.4

  3. Procedura Iterativa tramite uso delle mappe

  4. Rapporto di compressione/espansione Portata corretta Velocità di rotazione corretta Efficienza Caratteristiche dei componenti

  5. CC N T C PD CC 3 4 2 5 6 0=1 Turbogetto Semplice

  6. Fissiamo N • condizioni ambientali note • valore tentativo: surge line 1.1 1.0 0.9 e 0.8 0.7 0.6 0.5 Step 1 • individuato un punto sulle mappe del compressore

  7. valore tentativo: noto noto noto • dalla seconda mappa: Step 2 • individuato un punto sulla mappa della turbina • per la continuità di massa:

  8. calcolo: • valore tentativo: Controllo: nuovo valore tentativo se Step 3 • individuato un punto sulla mappa del combustore Step 4

  9. Rapporto critico: ugello adattato chocking (1) noto dalla mappa Step 5

  10. Per la continuità di massa: (2) Controllo: (1) = (2) noto noto noto nuovo valore tentativo sulla stessa curva Step 6 se (1) ≠ (2)

  11. Cenni di Simulazione

  12. Metodi Iterativi Valore Ipotizzato 1 Calcolo Valore Ipotizzato 1 Valore Ipotizzato 2 Calcolo Valore Ipotizzato 2 NO NO Calcolo Check 1 Check 1 SI NO Calcolo Check 2 Check 2 SI SI Calcolo CONCENTRICO CROSSOVER

  13. Calcoli Valori Ipotizzati NO Checks SI Calcoli Metodi Iterativi Tutto quello che il motore sa SIMULTANEO

  14. Mappe Caratteristiche • Programmi di simulazione richiedono mappe dei componenti • Chi utilizza il motore non possiede le mappe che rimangono proprietà esclusiva del costruttore • Mappe riprodotte con criteri di similitudine • Fattori di scala rispetto al punto di progetto

  15. DPo DP Mappa di default Mappa scalata Procedura Scaling

  16. Limiti delle mappe scalate • Mappe scalate nel punto di progetto perdono accuratezza per analisi di fuori progetto in condizioni distanti dal progetto • Motori della stessa famiglia – diverse prestazioni • Riassemblare un motore causa variazioni di prestazioni

  17. Adattamento: Miglioramento delle simulazioni in Off-Design • Si utilizzano dati reali del motore su punti di fuori progetto • Si generano dei nuovi fattori di scala per produrre mappe più accurate • Si utilizzano diverse tecniche di ottimizzazione

  18. Adattamento Modello Analitico: f = f (P, X, u) P = P (X, u) P = variabili dipendenti (prestazioni e misure) u = variabili di controllo X= variabili indipendenti (caratteristiche componenti) Parametri Obiettivo Parametri da adattare Funzione Obiettivo: PMi= Misure disponibili N= numero di misure

  19. Adattamento Simulatore in OD Baseline Funzione obiettivo Miglior Set of SF Parametri Reali Residuo Minimo ? no Ottimizzatore si Miglior set di fattori di scala TURBOMATCH OD Stampa punto e mappe effettive

  20. Honeywell ALF502-R5

  21. Cycle Program in Adattamento

  22. HPT LPT N HPC PD LPC 4 0=1 5 2 6 7 8 3 CC CC Twin Spool Turbojet

  23. Accoppiamento turbina-turbina-ugello • se gli statori della turbina di bassa sono in chocking esiste un’unica running line su compressore di alta • variando l’area dell’ugello la l’albero di bassa è influenzato mentre quello di alta rimane schermato; chocking

  24. Ipotesi esemplificative • Turbine e ugello operano in condizioni di saturazione; • L’ugello è a geometria costante; • L’efficienze della turbine sono costanti e pari al valore di progetto; • L’efficienze dei compressori sono costanti e pari al valore di progetto

  25. Equilibrium running line surge line 1.1 1.0 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 Equilibrium Running Line

  26. Calcolo nel punto di progetto Basato sui dati dell’EJ200, sistema propulsivo Euro Fighter

  27. Calcolo nel punto di progetto Condizioni esemplificative

  28. Calcolo di fuori progetto- funzionamento in quota -

  29. Bibliografia “Gas Turbine Theory ”, HIH Saravannamutto, GFC Rogers, H Cohen “Gas Turbine Performance”, P Walsh, P Fletcher “Jet Engine. Foundamental & Theory, Design and Operation”, K Hünecke “Jet Propulsion: A simple guide to Aerodynamic and thermodynamic design and performance of jet engines”, N Cumptsy “Gas Turbine Theory and Performance”, P Pilidis, MSc Course Notes, Cranfield University “Gas Turbine Performance Simulation”, V Pachidis, MSc Course Notes, Cranfield University

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