اثرات تزريق هوا در ناحيه نوك رديف پره روتور يك كمپرسور محوري بر عملكرد آن تحت شرايط انسداد جريان در ورودي

Effects of air injection at rotor blade row tip region of an axial compressor on its performance under inlet distortion conditions

بهبود عملكرد كمپرسور محوري از طريق كاهش شدت اغتشاشات جريان، ناشي از اعمال انسداد در ورودي، به كمك تزريق هوا در نوك رديف پره موضوع مطالعه حاضر مي‌باشد. روش كار تجربي و بر مبناي اندازه‌گيري‌هاي آزمايشگاهي در يك كمپرسور سرعت‌پايين با روتور منفرد انجام شده است. بر اين اساس چهار هندسه گرفتگي با درصد انسدادهاي متفاوت، از 5 تا 20 درصد سطح ورودي كمپرسور را مسدود كرده و فشار استاتيك جريان روي پوسته كمپرسور به صورت ميانگين و لحظه‌اي در نقاط مختلف ثبت گرديده است. تحليل فركانسي سيگنال‌هاي خام فشار، پديدآمدن اغتشاشاتي در ميدان جريان را به واسطه حضور گرفتگي‌ها نشان مي‌دهد. اين اغتشاشات در انسدادهاي با درصد كمتر (5 و 10 درصد) منجر به ظهور استال دوراني زودرس در كمپرسور مي‌شود. در ادامه با هدف كاهش اثرات مخرب گرفتگي جريان، هواي پرفشار از طريق 12 انژكتور كه به صورت يكنواخت پيرامون محيط كمپرسور تعبيه شده‌اند، در ناحيه درز نوك رديف پره تزريق گرديده است. تزريق هوا به ميزان اندك 1/5% از طريق انژكتورها تاثير قابل ملاحظه‌اي بر بهبود عملكرد كمپرسور تحت انسداد جريان در ورودي دارد. نتايج حاكي از بهبود عملكرد كمپرسور در قالب افزايش فشار تحويلي روتور تا 35% نسبت به شرايط عدم اعمال تزريق هوا مي‌باشد. همچنين با به‌كارگيري ابزار تبديل فوريه زمان‌كوتاه، تاثير تزريق هوا بر حذف يا كاهش اغتشاشات در گرفتگي‌هاي با درصد انسداد مختلف مورد مطالعه قرار گرفته است.

Improvement of an axial compressor performance through suppression of flow disturbances due to inlet flow blockage, utilizing air injection at the blade tip region, is the subject of the present study. The method of investigation is based on experimental measurements conducted in a low-speed isolated axial compressor rotor blade row. Four different blockage screens of different blockage ratios ranged between 5 and 20 percent of the inlet area are located at the compressor entrance. Instantaneous and time-averaged static pressures are recorded at different locations of the compressor casing. Frequency analyses of pressure signals show that the flow disturbances are being created in the presence of the blockage screens. These disturbances cause the appearance of rotating stall in the flow field when the compressor operates under distorted inflow with low blockage ratios (5 and 10%). To reduce the destructive effects of the inlet distortion, air is injected at the tip region of the rotor through 12 injectors which are located evenly spaced around the compressor circumference. Air injection in small quantities, 1.5% of the main flow, has considerable effects on the compressor performance under inlet distortion. The rotor performance and compressor delivery pressure are improved up to 35% than to the no injection case. By implementation of short-time Fourier transform technique effects of air injection on elimination or reduction of flow disturbances are also demonstrated.