بررسي عددي تاثير درزبندي نوك استاتور با لانه زنبوري بر عملكرد كمپرسور جريان محوري

The numerical investigation of stator tip sealing with honeycomb on axial flow compressor performance

در كمپرسورهاي محوري از آنجا كه پره‌هاي استاتور روي پوسته نصب شده و پره‌هاي روتور روي شفت در حال چرخش مي‌باشد، بين قسمت‌هاي ثابت و متحرك لقي وجود دارد. با عبور جريان از استاتور، فشار هوا افزايش مي‌يابد. بنابراين با توجه به بيش‌تر بودن فشار بعد از پره نسبت به قبل از پره و وجود لقي، نشتي در نوك استاتور اجتناب‌ناپذير است. نشتي با تغيير الگوي جريان در نوك، باعث جدايش بيش‌تر شده و اثر نامطلوبي بر عملكرد كمپرسور مي‌گذارد. در مقاله حاضر به بررسي استفاده از لانه زنبوري براي درزبندي نوك پره‌هاي استاتور و تأثير آن بر عملكرد كمپرسور پرداخته شده است. بدين منظور طبقه نهم يك كمپرسور به همراه فضاي زير استاتور در دو حالت با ديوار جامد و با لانه زنبوري تحليل شده است. نتايج حل عددي در توافق خوبي با داده‌هاي تجربي مي‌باشد. نتايج نشان مي‌دهد با كاهش لقي، مقدار نشتي كمتر شده و از قدرت جريان ثانويه كاسته مي‌شود. بنابراين با كاهش افت، بازده افزايش يافته و عملكرد رديف پره بهبود مي‌يابد. از طرف ديگر با افزايش لقي در اثر سايش لانه زنبوري، نشتي و افت بازده به يك مقدار ثابت ميل مي‌كند. تأثير نشتي بر زواياي جريان نشان مي‌دهد كه براي تحليل دقيق‌تر كمپرسور، لازم است كه نشتي در نظر گرفته شود. همچنين با توجه به تأثير مشابه لانه زنبوري بر كاهش نشتي نسبت به مدل ديوار جامد با لقي يكسان، مزيت لانه زنبوري قابليت فداشوندگي آن مي‌باشد. بنابراين در تحليل طبقه مي‌توان از مدل ديوار جامد به جاي لانه زنبوري استفاده كرد.

In axial flow compressor there is a gap between stationary and rotating members since the stator vane is fixed at the casing and the shaft is rotating at the root. Also, the pressure increases when the air flows through the stator vanes. Therefore, due to pressure increase and existence gap under vanes, the leakage is inevitable in the stator tip. This leakage can change the flow pattern near the stator tip, which causes more separation. Therefore the loss has been increased so it adversely effects on performance. In this paper, the effect of stator tip sealing with honeycomb on compressor performance is investigated. For this purpose, the 9th stage of a ten-stage compressor is examined in two cases of solid wall and sealing with honeycomb. The numerical results have good agreements with experimental results. The results show that by reduction of leakage at stator tip, the size and depth of tip corner separation decreased significantly leading to loss reduction. Also the effect of the leakage on flow angles shows that to have more accurate analysis of compressor performance, it is necessary to be considered the stator tip leakage. On the other hand, according to same effect of honeycomb on reducing stator tip leakage than solid wall, here the honeycomb roles as an abradable material to prevent direct contact between rotor and stator. Also in analysis of stage the honeycomb can be replaced with solid wall model.