टर्बाइन ब्लेड

From Vigyanwiki
Revision as of 19:05, 4 January 2023 by alpha>Jyotimehta (text)

टरबाइन फलक एक त्रिज्यीय वातापेक्षी है जो टरबाइन मंडलक के रिम में लगाया जाता है और जो एक स्पर्शरेखा बल पैदा करता है जो टर्बाइन घूर्णक को घुमाता है। [2] प्रत्येक टरबाइन मंडलक में कई फलक होते हैं। जैसे वे गैस टर्बाइन यन्त्र और भाप टरबाइन में उपयोग किए जाते हैं। दहनशील द्वारा उत्पादित उच्च तापमान, उच्च दबाव गैस से ऊर्जा निकालने के लिए फलक जिम्मेदार हैं। टरबाइन फलक प्रायः गैस टर्बाइनों के सीमित घटक होते हैं। [3] इस कठिन वातावरण में जीवित रहने के लिए, टरबाइन फलक प्रायः विदेशी सामग्रियों जैसे अधिमिश्रातु और शीतलन के कई अलग-अलग तरीकों का उपयोग करते हैं जिन्हें आंतरिक और बाहरी शीतलन, [4] [5] [6] और तापीय रोधिका विलेपन के रूप में वर्गीकृत किया जा सकता है। भाप टर्बाइनों और गैस टर्बाइनों में फलक की थकावट विफलता का एक प्रमुख स्रोत है। थकावट कलयंत्र के प्रचालन सीमा के भीतर कंपन और अनुनाद से प्रेरित तनाव के कारण होती है। फलक को इन उच्च गतिशील तनावों से बचाने के लिए घर्षण अवमन्दकों का उपयोग किया जाता है।[1]

वातचालित टर्बाइनों और जल टर्बाइनों के फलक को विभिन्न स्थितियों में संचालित करने के लिए अभिकल्पित किया गया है, जिसमें सामान्यतः कम घूर्णी गति और तापमान सम्मिलित होते हैं।

परिचय

जुड़वां चरखी जेट यन्त्रका आरेख। हाई-प्रेशर टर्बाइन एक चरखी बनाने के लिए शाफ्ट से हाई-प्रेशर संपीड़क से जुड़ा होता है, या पूरी रोटेटिंग असेंबली (बैंगनी) - और लो-प्रेशर टर्बाइन दूसरे चरखी (हरा) बनाने के लिए लो-प्रेशर संपीड़क से जुड़ा होता है। ).

एक जेट यन्त्र में, एक एकल टर्बाइन चरण एक घूर्णन चक्रिका से बना होता है जिसमें फलक के सामने कई टरबाइन फलक और नोज़ल मार्गदर्शक पिच्छफलक का एक स्थिर वलय होता है। टर्बाइन एक शाफ्ट (पूर्ण घूर्णन समुच्चय जिसे कभी-कभी गरारी कहा जाता है) का उपयोग करके एक संपीड़क से जुड़ा होता है। हवा संपीड़ित होती है, दबाव और तापमान बढ़ाती है, क्योंकि यह संपीड़क से गुजरती है। इसके बाद दहन तंत्र के अंदर ईंधन के दहन से तापमान बढ़ जाता है जो संपीड़क और टरबाइन के बीच स्थित होता है। उच्च तापमान, उच्च दबाव वाली गैस तब टरबाइन से होकर गुजरती है। टर्बाइन चरण इस प्रवाह से ऊर्जा निकालते हैं, गैस के दबाव और तापमान को कम करते हैं और गतिज ऊर्जा को संपीड़क में स्थानांतरित करते हैं। जिस तरह से टर्बाइन काम करता है वह केवल विपरीत में संपीड़क के काम करने के तरीके के समान है, उदाहरण के लिए, वाष्प का तापमान कितना बदलता है (संपीड़क में वृद्धि, टर्बाइन में कमी) और शाफ्ट बल निविष्ट (संपीड़क) या प्रक्षेपण (टरबाइन) के बीच सीधा संबंध है।[2]

टर्बोफैन यन्त्र के लिए पंखे को चलाने के लिए आवश्यक टर्बाइन चरणों की संख्या उपमार्ग-अनुपात के साथ बढ़ जाती है[3] जब तक कि टरबाइन और पंखे के बीच गियरबॉक्स जोड़कर टरबाइन की गति को बढ़ाया नहीं जा सकता है, जिसमें कम चरणों की आवश्यकता होती है।[4] प्रत्येक चरण के लिए टरबाइन फलक कैसे अभिकल्पित किए जाते हैं, इस पर टर्बाइन चरणों की संख्या का बहुत प्रभाव हो सकता है। कई गैस टर्बाइन यन्त्र यमक-चरखी अभिकल्पना वाले होते हैं, जिसका अर्थ है कि एक उच्च दबाव वाली चरखी और एक कम दबाव वाली चरखी होती है। अन्य गैस टर्बाइन तीन चरखी का उपयोग करते हैं, उच्च और निम्न-दबाव चरखी के बीच एक मध्यवर्ती-दबाव चरखी जोड़ते हैं। उच्च-दबाव टर्बाइन सबसे गर्म, उच्चतम-दबाव वाली हवा के संपर्क में आता है, और निम्न-दबाव टर्बाइन शीतलक, कम-दबाव वाली हवा के अधीन होता है। परिस्थितियों में अंतर उच्च दबाव और कम दबाव टरबाइन फलक की अभिकल्पना की ओर जाता है जो सामग्री और शीतलन विकल्पों में काफी भिन्न होते हैं, भले ही वायुगतिकीय और ऊष्मप्रवैगिकी सिद्धांत समान हों।[5]

वायुरूप द्रव्य और भाप टर्बाइनों के अंदर इन गंभीर परिचालन स्थितियों के अनुसार, फलक उच्च तापमान, उच्च तनाव और संभावित उच्च कंपन का सामना करते हैं। भाप टरबाइन फलक बिजली संयंत्रों में महत्वपूर्ण घटक होते हैं जो उच्च तापमान और उच्च दबाव भाप की रैखिक गति को टरबाइन शाफ्ट की घूर्णकी गति में एक दबाव प्रवणता में प्रवाहित करते हैं।[6]


पर्यावरण और विफलता प्रणाली

टरबाइन फलक एक गैस टरबाइन के अंदर बहुत ज़ोरदार वातावरण के अधीन होते हैं। वे उच्च तापमान, उच्च तनाव और उच्च कंपन के संभावित वातावरण का सामना करते हैं। ये तीनों कारक फलक की विफलता का कारण बन सकते हैं, संभावित रूप से यन्त्र को नष्ट कर सकते हैं, इसलिए इन स्थितियों का विरोध करने के लिए टरबाइन फलक को सावधानीपूर्वक अभिकल्पित किया गया है।[7]

टरबाइन फलक पर केन्द्रापसारक बल (टरबाइन चरण प्रति मिनट हजारों परिक्रमण (RPM) पर घूम सकते हैं) और द्रव बल से तनाव के अधीन होते हैं जो विभंजन, दबैल (इंजीनियरिंग), या खिसकना (विरूपण) विफलताओं का कारण बन सकते हैं।[nb 1] इसके अतिरिक्त, आधुनिक गैस टर्बाइन के पहले चरण (दहनशील पदार्थ के ठीक बाद वाला चरण) के आसपास तापमान 2,500 °F (1,370 °C) होता है,[8] शुरुआती गैस टर्बाइनों में तापमान 1,500 °F (820 °C) से ऊपर होता है।[9]स्नेकमा M88 जैसे आधुनिक सैन्य जेट इंजन, 2,900 °F (1,590 °C) के टरबाइन तापमान को देख सकते हैं।[10] वे उच्च तापमान फलक को कमजोर कर सकते हैं और संक्षारण की विफलता के लिए उन्हें अधिक संवेदनशील बना सकते हैं। उच्च तापमान भी फलक को संक्षारण विफलताओं के लिए अतिसंवेदनशील बना सकता है।[6]अंत में, यन्त्र और टर्बाइन से कंपन ही श्रांतिज पात का कारण बन सकता है।[7]


सामग्री

शुरुआती जेट इंजनों में एक सीमित कारक यन्त्रके गर्म खंड (दहन और टरबाइन) के लिए उपलब्ध सामग्रियों का प्रदर्शन था। बेहतर सामग्रियों की आवश्यकता ने मिश्र धातुओं और निर्माण तकनीकों के क्षेत्र में बहुत अधिक शोध को प्रेरित किया, और उस शोध के परिणामस्वरूप नई सामग्रियों और विधियों की एक लंबी सूची तैयार हुई जो आधुनिक गैस टर्बाइनों को संभव बनाती हैं।[9] इनमें से सबसे शुरुआती में से एक निमोनिक था, जिसका इस्तेमाल ब्रिटिश फ्रैंक व्हिटेल इंजनों में किया जाता था।

1940 के दशक में सुपरलॉइज़ के विकास और 1950 के दशक में वैक्यूम प्रेरण पिघलने जैसी नई प्रसंस्करण विधियों ने टरबाइन फलक की तापमान क्षमता को बहुत बढ़ा दिया। गर्म आइसोस्टैटिक दबाने जैसी आगे की प्रसंस्करण विधियों ने टरबाइन फलक के लिए उपयोग की जाने वाली मिश्र धातुओं में सुधार किया और टरबाइन फलक के प्रदर्शन में वृद्धि हुई।[9]आधुनिक टरबाइन फलक प्रायः निकल-आधारित सुपरऑलॉय का उपयोग करते हैं जिसमें क्रोमियम, कोबाल्ट और रेनीयाम सम्मिलित होते हैं।[7][11] मिश्र धातु सुधार के अलावा, एक बड़ी सफलता दिशात्मक ठोसकरण (डीएस) और एकल क्रिस्टल (एससी) उत्पादन विधियों का विकास था। ये विधियाँ अनाज की सीमा को एक दिशा (DS) में संरेखित करके या अनाज की सीमाओं को पूरी तरह से समाप्त करके (SC) थकान और रेंगने के खिलाफ ताकत बढ़ाने में मदद करती हैं। एससी अनुसंधान 1960 के दशक में प्रैट और व्हिटनी के साथ शुरू हुआ और इसे लागू करने में लगभग 10 साल लग गए। DS के पहले कार्यान्वयन में से एक SR-71 के J58 यन्त्रके साथ था।[9][12][13]

थर्मल बैरियर कोटिंग के साथ टरबाइन फलक। इस फलक में कोई टिप श्राउड नहीं है इसलिए टिप लीकेज को टिप और टर्बाइन केस से जुड़ी एक स्थिर श्राउड रिंग के बीच क्लीयरेंस द्वारा नियंत्रित किया जाता है।

टरबाइन फलक सामग्री प्रौद्योगिकी में एक और बड़ा सुधार थर्मल बाधा विलेपन (TBC) का विकास था। जहां डीएस और एससी के विकास ने रेंगने और थकान प्रतिरोध में सुधार किया, वहीं टीबीसी ने जंग और ऑक्सीकरण प्रतिरोध में सुधार किया, जो दोनों तापमान में वृद्धि के साथ अधिक चिंता का विषय बन गए। 1970 के दशक में लागू किए गए पहले टीबीसी aluminide विलेपन थे। 1980 के दशक में बेहतर सिरेमिक विलेपन उपलब्ध हुईं। इन विलेपन ने टरबाइन फलक की तापमान क्षमता को लगभग 200 °F (90 °C) तक बढ़ा दिया।[9]कोटिंग फलक के जीवन में भी सुधार करती है, कुछ मामलों में टरबाइन फलक के जीवन को लगभग दोगुना कर देती है।[14]

अधिकांश टरबाइन फलक निवेश कास्टिंग (या खोया-मोम प्रसंस्करण) द्वारा निर्मित होते हैं। इस प्रक्रिया में फलक के आकार का एक सटीक नकारात्मक डाई बनाना सम्मिलित है जो फलक के आकार को बनाने के लिए मोम से भरा होता है। यदि फलक खोखला है (यानी, इसमें आंतरिक शीतलन मार्ग हैं), मार्ग के आकार में एक सिरेमिक कोर को बीच में डाला जाता है। मोम के फलक को एक खोल बनाने के लिए गर्मी प्रतिरोधी सामग्री के साथ लेपित किया जाता है, और फिर उस खोल को फलक मिश्र धातु से भर दिया जाता है। यह कदम डीएस या एससी सामग्री के लिए अधिक जटिल हो सकता है, लेकिन प्रक्रिया समान है। यदि फलक के बीच में एक सिरेमिक कोर है, तो यह एक ऐसे घोल में घुल जाता है जिससे फलक खोखला हो जाता है। फलक को टीबीसी के साथ लेपित किया जाता है, और फिर किसी भी शीतलन छेद को मशीनीकृत किया जाता है।[15] सिरेमिक मैट्रिक्स समग्र (सीएमसी), जहां पॉलिमर व्युत्पन्न सिरेमिक के मैट्रिक्स में फाइबर एम्बेडेड होते हैं, टरबाइन फलक में उपयोग के लिए विकसित किए जा रहे हैं।[16] पारंपरिक सुपर मिश्र धातुओं की तुलना में सीएमसी का मुख्य लाभ उनका हल्का वजन और उच्च तापमान क्षमता है। SiC/SiC मैट्रिक्स कंपोजिट| SiC/SiC कंपोजिट में सिलिकॉन कार्बाइड फाइबर द्वारा प्रबलित एक सिलिकॉन कार्बाइड मैट्रिक्स सम्मिलित है, जो निकल सुपरलॉइज़ की तुलना में 200°-300 °F अधिक ऑपरेटिंग तापमान का सामना करने के लिए दिखाया गया है।[17] GE एविएशन ने अपने जनरल इलेक्ट्रिक F414 जेट यन्त्रके लो-प्रेशर टर्बाइन के लिए ऐसे SiC/SiC कम्पोजिट फलक के उपयोग का सफलतापूर्वक प्रदर्शन किया।[18][19]


टरबाइन फलक सामग्री की सूची

नोट: यह सूची टरबाइन फलक में प्रयुक्त सभी मिश्रधातुओं में सम्मिलित नहीं है।[20][21]

  • U-500 इस सामग्री का उपयोग 1960 के दशक में पहले चरण (सबसे अधिक मांग वाली अवस्था) सामग्री के रूप में किया गया था, और अब इसे बाद के, कम मांग वाले चरणों में उपयोग किया जाता है।[21]* रेने 77[21]* शुद्ध N5[22]
  • शुद्ध N6[22]* PWA1484[22]* सीएमएसएक्स-4 [23]
  • सीएमएसएक्स-10[22]* Inconel
    • IN-738 - GE ने 1971 से 1984 तक प्रथम चरण फलक सामग्री के रूप में IN-738 का उपयोग किया, जब इसे GTD-111 द्वारा प्रतिस्थापित किया गया। अब इसे दूसरे चरण की सामग्री के रूप में उपयोग किया जाता है। यह विशेष रूप से विमान गैस टर्बाइनों के बजाय भूमि-आधारित टर्बाइनों के लिए अभिकल्पित किया गया था।[21]* GTD-111 फलक प्रत्यक्ष रूप से ठोस GTD-111 से बने पहले चरण में कई GE एनर्जी गैस टर्बाइनों में उपयोग किए जा रहे हैं। इक्विएक्स्ड GTD-111 से बने फलक का उपयोग बाद के चरणों में किया जा रहा है।[21]* EPM-102 (MX4 (GE), PWA 1497 (P&W)) हाई स्पीड सिविल ट्रांसपोर्ट (HSCT) के लिए NASA, GE एविएशन और प्रैट एंड व्हिटनी द्वारा संयुक्त रूप से विकसित एक सिंगल क्रिस्टल सुपरऑलॉय है। जबकि एचएससीटी कार्यक्रम रद्द कर दिया गया था, फिर भी जीई और पी एंड डब्ल्यू द्वारा उपयोग के लिए मिश्र धातु पर विचार किया जा रहा है।[24]
  • Nimonic 80a का उपयोग रोल्स-रॉयस नेने और डी हैविलैंड घोस्ट पर टरबाइन फलक के लिए किया गया था
  • ब्रिस्टल प्रोटीन पर निमोनिक 90 का इस्तेमाल किया गया था।
  • रोल्स-रॉयस स्पाई पर निमोनिक 105 का इस्तेमाल किया गया था।
  • निमोनिक 263 का उपयोग कॉनकॉर्ड सुपरसोनिक एयरलाइनर में इस्तेमाल होने वाले रोल्स-रॉयस ओलंपस के दहन कक्षों में किया गया था।[25][26]
  • ओआरएनएल, एनआरईएल और जीई नवीकरणीय ऊर्जा के बीच साझेदारी में पवन टरबाइन फलक बनाने के लिए 3डी प्रिंटेड थर्मोप्लास्टिक रेज़िन का विकास किया जा रहा है।

शीतलक

निरंतर दबाव अनुपात में, टर्बाइन प्रवेश तापमान (टीईटी) बढ़ने पर यन्त्रकी थर्मल दक्षता बढ़ जाती है। हालांकि, उच्च तापमान टरबाइन को नुकसान पहुंचा सकता है, क्योंकि फलक बड़े केन्द्रापसारक तनाव के अधीन होते हैं और उच्च तापमान पर सामग्री कमजोर होती है। इसलिए, टरबाइन फलक को ठंडा करना पहले चरणों के लिए आवश्यक है, लेकिन चूंकि गैस का तापमान प्रत्येक चरण के माध्यम से गिरता है, इसलिए बाद के चरणों जैसे कम दबाव वाले टरबाइन या पावर टरबाइन के लिए इसकी आवश्यकता नहीं होती है।[27] वर्तमान आधुनिक टरबाइन डिजाइन 1900 केल्विन से अधिक इनलेट तापमान के साथ काम कर रहे हैं जो टरबाइन घटकों को सक्रिय रूप से ठंडा करके प्राप्त किया जाता है।[28]


शीतलन के तरीके

इस पहले चरण के अंतर्राष्ट्रीय एयरो यन्त्रV2500 नोजल गाइड वेन में लेजर-ड्रिल किए गए छेद फिल्म को ठंडा करने की अनुमति देते हैं

एक संयुक्त चक्र बिजली संयंत्र में स्टीम कूलिंग के सीमित उपयोग को छोड़कर टरबाइन फलक को हवा का उपयोग करके ठंडा किया जाता है। वाटर कूलिंग का बड़े पैमाने पर परीक्षण किया गया है लेकिन इसे कभी पेश नहीं किया गया है।[29] जनरल इलेक्ट्रिक एच क्लास गैस टर्बाइन ने संयुक्त चक्र भाप टरबाइन से भाप का उपयोग करके घूर्णन फलक और स्थिर वैन को ठंडा कर दिया है, हालांकि जीई को 2012 में अपनी फ्लेक्सीफिशिएंसी इकाइयों के लिए एयर-कूलिंग पर वापस जाने की सूचना मिली थी।[30] उच्च विशिष्ट ताप क्षमता और बाष्पीकरणीय शीतलन की संभावना के कारण तरल शीतलन अधिक आकर्षक लगता है लेकिन इसमें रिसाव, जंग, चोकिंग और अन्य समस्याएं हो सकती हैं जो इस पद्धति के खिलाफ काम करती हैं।[27] दूसरी ओर, एयर कूलिंग डिस्चार्ज की गई हवा को बिना किसी समस्या के मुख्य प्रवाह में जाने की अनुमति देता है। इस उद्देश्य के लिए आवश्यक हवा की मात्रा मुख्य प्रवाह का 1–3% है और फलक का तापमान 200–300 डिग्री सेल्सियस तक कम किया जा सकता है।[27]

गैस टरबाइन फलक में शीतलन की कई तकनीकें उपयोग की जाती हैं; संवहन, फिल्म, वाष्पोत्सर्जन शीतलन, शीतलन प्रवाह, पिन फिन शीतलन आदि जो आंतरिक और बाह्य शीतलन की श्रेणियों के अंतर्गत आते हैं। जबकि सभी तरीकों में उनके मतभेद हैं, वे सभी टरबाइन फलक से गर्मी को दूर करने के लिए संपीड़क से ली गई ठंडी हवा का उपयोग करके काम करते हैं।[31]


आंतरिक शीतलन

संवहन शीतलन

संवहन द्वारा फलक ठंडा करना

यह फलक के आंतरिक मार्गों के माध्यम से ठंडी हवा पास करके काम करता है। हीट को चालन (गर्मी)गर्मी) द्वारा फलक के माध्यम से स्थानांतरित किया जाता है, और फिर संवहन द्वारा फलक के अंदर बहने वाली हवा में स्थानांतरित किया जाता है। इस पद्धति के लिए एक बड़ा आंतरिक सतह क्षेत्र वांछनीय है, इसलिए शीतलन पथ टेढ़े-मेढ़े और छोटे पंखों से भरे होते हैं। फलक में आंतरिक मार्ग आकार में गोलाकार या अण्डाकार हो सकते हैं। हब से फलक टिप की ओर इन मार्गों के माध्यम से हवा को पारित करके शीतलन प्राप्त किया जाता है। यह ठंडी हवा एक एयर संपीड़क से आती है। गैस टर्बाइन के मामले में बाहर का द्रव अपेक्षाकृत गर्म होता है जो शीतलन मार्ग से होकर गुजरता है और फलक की नोक पर मुख्य धारा के साथ मिल जाता है।[31][32]


इम्प्लिमेंट कूलिंग

चोट

कन्वेक्शन कूलिंग, इंपिंगमेंट कूलिंग का एक प्रकार, फलक की आंतरिक सतह को उच्च वेग वाली हवा से टकराकर काम करता है। यह संवहन द्वारा नियमित संवहन शीतलन की तुलना में अधिक गर्मी को स्थानांतरित करने की अनुमति देता है। इंपिंगमेंट कूलिंग का उपयोग सबसे अधिक ताप भार वाले क्षेत्रों में किया जाता है। टरबाइन फलक के मामले में, अग्रणी किनारे में अधिकतम तापमान होता है और इस प्रकार गर्मी का भार होता है। वेन के मध्य कॉर्ड में इंपिंगमेंट कूलिंग का भी उपयोग किया जाता है। फलक एक कोर के साथ खोखले होते हैं।[33] आंतरिक शीतलन मार्ग हैं। ठंडी हवा अग्रणी धार क्षेत्र से प्रवेश करती है और अनुगामी किनारे की ओर मुड़ जाती है।[32]


बाहरी शीतलन

फिल्म कूलिंग

फिल्म कूलिंग के लिए कूलिंग होल्स के साथ टरबाइन फलक का प्रतिपादन।
फिल्म कूलिंग

फिल्म कूलिंग (जिसे पतली फिल्म कूलिंग भी कहा जाता है), एक व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला प्रकार, संवहन और टकराव शीतलन की तुलना में उच्च शीतलन प्रभावशीलता की अनुमति देता है।[34] इस तकनीक में संरचना में कई छोटे छेद या स्लॉट के माध्यम से फलक से ठंडी हवा को पंप करना सम्मिलित है। ठंडी हवा की एक पतली परत (फिल्म) तब फलक की बाहरी सतह पर बनाई जाती है, जो मुख्य प्रवाह से गर्मी हस्तांतरण को कम करती है, जिसका तापमान (1300-1800 केल्विन) फलक सामग्री के पिघलने बिंदु (1300-1400) से अधिक हो सकता है। केल्विन)।[35][36] सतह को ठंडा करने के लिए फिल्म कूलिंग सिस्टम की क्षमता का सामान्यतः कूलिंग प्रभावशीलता नामक पैरामीटर का उपयोग करके मूल्यांकन किया जाता है। उच्च शीतलन प्रभावशीलता (एक के अधिकतम मूल्य के साथ) इंगित करती है कि फलक सामग्री का तापमान शीतलक तापमान के करीब है। उन स्थानों पर जहां फलक का तापमान गर्म गैस के तापमान तक पहुंच जाता है, शीतलन प्रभावशीलता शून्य तक पहुंच जाती है। शीतलन प्रभावशीलता मुख्य रूप से शीतलक प्रवाह मापदंडों और इंजेक्शन ज्यामिति से प्रभावित होती है। शीतलक प्रवाह मापदंडों में वेग, घनत्व, उड़ाने और संवेग अनुपात सम्मिलित होते हैं जिनकी गणना शीतलक और मुख्यधारा प्रवाह विशेषताओं का उपयोग करके की जाती है। इंजेक्शन ज्यामिति मापदंडों में छेद या स्लॉट ज्यामिति (यानी बेलनाकार, आकार के छेद या स्लॉट) और इंजेक्शन कोण सम्मिलित होते हैं।[28]<रेफरी नाम = गोल्डस्टीन 321–379 /> 1970 के दशक की शुरुआत में संयुक्त राज्य वायु सेना के एक कार्यक्रम ने एक टरबाइन फलक के विकास के लिए वित्त पोषित किया था जो फिल्म और संवहन दोनों को ठंडा करता था, और यह तरीका आधुनिक टरबाइन फलक में आम हो गया है।[9]प्रवाह में कूलर ब्लीड इंजेक्ट करने से टर्बाइन आइसेंट्रोपिक दक्षता कम हो जाती है; ठंडी हवा का संपीड़न (जो यन्त्रको शक्ति प्रदान नहीं करता है) एक ऊर्जावान दंड लगाता है; और कूलिंग सर्किट यन्त्रमें काफी जटिलता जोड़ता है।[37] इन सभी कारकों को टर्बाइन तापमान में वृद्धि द्वारा अनुमत समग्र प्रदर्शन (शक्ति और दक्षता) में वृद्धि से मुआवजा देना होगा।[38]

हाल के वर्षों में, शोधकर्ताओं ने फिल्म कूलिंग के लिए प्लाज्मा एक्ट्यूएटर का उपयोग करने का सुझाव दिया है। ढांकता हुआ बाधा निर्वहन प्लाज़्मा एक्चुएटर का उपयोग करके टरबाइन फलक की फिल्म कूलिंग पहले रॉय और वांग द्वारा प्रस्तावित की गई थी।[39] एक घोड़े की नाल के आकार का प्लाज़्मा एक्ट्यूएटर, जो गैस प्रवाह के लिए छिद्रों के आसपास के क्षेत्र में स्थापित किया गया है, को फिल्म की शीतलन प्रभावशीलता में काफी सुधार करने के लिए दिखाया गया है। पिछले शोध के बाद, प्रायोगिक और संख्यात्मक दोनों तरीकों का उपयोग करने वाली हालिया रिपोर्टों ने प्लाज्मा एक्ट्यूएटर का उपयोग करके शीतलन वृद्धि के प्रभाव को 15% तक प्रदर्शित किया।[40][41] [42]


शीतलता प्रवाह

बहाव से शीतलता

फलक की सतह झरझरा सामग्री से बनी होती है जिसका अर्थ है कि सतह पर बड़ी संख्या में छोटे छिद्र होते हैं। इन झरझरा छिद्रों के माध्यम से ठंडी हवा को मजबूर किया जाता है जो एक फिल्म या कूलर सीमा परत बनाता है। इसके अलावा, पूरे फलक की सतह पर शीतलक के बहाव के कारण समान शीतलन होता है।[27]


पिन फिन कूलिंग

फलक से गर्मी हस्तांतरण को बढ़ाने के लिए संकीर्ण ट्रेलिंग एज फिल्म कूलिंग का उपयोग किया जाता है। फलक की सतह पर पिन फिन्स की एक सरणी होती है। इस सरणी से और साइड की दीवारों के माध्यम से हीट ट्रांसफर होता है। चूंकि शीतलक उच्च वेग के साथ पंखों में प्रवाहित होता है, प्रवाह अलग हो जाता है और जागता है। कई कारक गर्मी हस्तांतरण दर के लिए योगदान करते हैं जिनमें से पिन फिन का प्रकार और पंखों के बीच की दूरी सबसे महत्वपूर्ण है।[33]


वाष्पोत्सर्जन शीतलन

यह फिल्म कूलिंग के समान है जिसमें यह फलक पर ठंडी हवा की एक पतली फिल्म बनाता है, लेकिन यह अलग है कि हवा छिद्रों के माध्यम से इंजेक्ट करने के बजाय झरझरा खोल के माध्यम से लीक हो जाती है। इस प्रकार की शीतलन उच्च तापमान पर प्रभावी होती है क्योंकि यह समान रूप से पूरे फलक को ठंडी हवा से ढक देती है।[32][43] वाष्पोत्सर्जन-ठंडा फलक में सामान्यतः झरझरा खोल के साथ एक कठोर अकड़ होती है। हवा अकड़ के आंतरिक चैनलों के माध्यम से बहती है और फिर झरझरा खोल के माध्यम से फलक को ठंडा करने के लिए गुजरती है।[44] जैसा कि फिल्म कूलिंग के साथ होता है, बढ़ी हुई कूलिंग एयर टर्बाइन दक्षता को कम करती है, इसलिए उस कमी को बेहतर तापमान प्रदर्शन के साथ संतुलित करना होगा।[38]


यह भी देखें

टिप्पणियाँ

  1. ↑ Creep is the tendency of a solid material to slowly move or deform permanently under the influence of stresses. It occurs as a result of long term exposure to high levels of stress that are below the yield strength of the material. Creep is more severe in materials that are subjected to heat for long periods, and near the melting point. Creep always increases with temperature. From Creep (deformation).


इस पेज में लापता आंतरिक लिंक की सूची

  • पवन चक्की
  • पानी टरबाइन
  • अभिकेन्द्रीय बल
  • जंग
  • दिशात्मक दृढ़ीकरण
  • धातु - स्वरूपण तकनीक
  • बहुलक व्युत्पन्न मिट्टी के पात्र
  • जीई एविएशन
  • जीई एनर्जी
  • कंवेक्शन
  • गलनांक

संदर्भ

Wikimedia Commons has media related to Turbine blades and vanes.
  1. ↑ Bhagi LK, Rastogi V, Gupta P (2017). "फ्रिक्शन डैम्पर्स का उपयोग करते हुए लो प्रेशर स्टीम टर्बाइन ब्लेड की संक्षारक थकान और जीवन वृद्धि का अध्ययन". Journal of Mechanical Science and Technology. 31: 17–27. doi:10.1007/s12206-016-1203-5. S2CID 115023151.
  2. ↑ Flack, p. 406
  3. ↑ https://www.researchgate.net/publication/267620184_Fundamental_Differences_Between_Conventional_and_Geared_Turbofans, Fig.1.5-14
  4. ↑ https://www.yumpu.com/en/document/read/11154551/geared-fan-vki-aero-engine-design-mtu-aero-engines, p.15
  5. ↑ Flack, p. 407
  6. ↑ 6.0 6.1 Bhagi LK, Rastogi V, Gupta P (2013).Fractographic investigations of the failure of L-1 low pressure steam turbine blade. Case Studies in Engineering Failure Analysis, 1(2), pp.72–78
  7. ↑ 7.0 7.1 7.2 Flack, p. 429.
  8. ↑ Flack, p. 410
  9. ↑ 9.0 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 Koff, Bernard L. (2003). "Gas Turbine Technology Overview – A Designer's Perspective". AIAA/ICAS International Air and Space Symposium and Exposition: The Next 100 Years. 14–17 July 2003, Dayton, Ohio. AIAA 2003-2722.
  10. ↑ Dexclaux, Jacques and Serre, Jacque (2003). "M88-2 E4: Advanced New Generation Engine for Rafale Multirole Fighter". AIAA/ICAS International Air and Space Symposium and Exposition: The Next 100 Years. 14–17 July 2003, Dayton, Ohio. AIAA 2003-2610
  11. ↑ Magyar, Michael J. "खनिज एल्बम: रेनियम" (PDF). United States Geological Survey.
  12. ↑ Langston, Lee S. (16 March 2018). "सिंगल-क्रिस्टल टर्बाइन ब्लेड ASME माइलस्टोन स्थिति अर्जित करते हैं". www.machinedesign.com. Retrieved 25 November 2018.
  13. ↑ Langston, Lee S. "प्रत्येक ब्लेड एक एकल क्रिस्टल". www.americanscientist.org. Retrieved 25 November 2018.
  14. ↑ Boyce, p. 449
  15. ↑ Flack, p. 430-3
  16. ↑ Takeshi, Takashi, Kuniyuki, Ken-ichi, Masato. "एयरो इंजन के लिए सीएमसी टर्बाइन पार्ट्स का विकास" (PDF).{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  17. ↑ Halbig, Jaskowiak, Kiser, Zhu (June 2013). "विमान टर्बाइन इंजन अनुप्रयोगों के लिए सिरेमिक मैट्रिक्स समग्र प्रौद्योगिकी का मूल्यांकन" (PDF). 51st AIAA Aerospace Sciences Meeting Including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition. doi:10.2514/6.2013-539. hdl:2060/20130010774. ISBN 978-1-62410-181-6.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  18. ↑ "सिरेमिक मैट्रिक्स सम्मिश्र जीई जेट इंजनों को लंबी उड़ान भरने की अनुमति देते हैं - जीई रिपोर्ट". GE Reports. Retrieved 2 November 2015.
  19. ↑ "जीई ने नेक्स्ट-जेन कॉम्बैट इंजन | प्रेस विज्ञप्ति | जीई एविएशन के लिए दुनिया की पहली घूमने वाली सिरेमिक मैट्रिक्स समग्र सामग्री का सफलतापूर्वक परीक्षण किया". www.geaviation.com. Retrieved 2 November 2015.
  20. ↑ Boyce, p. 440-2
  21. ↑ 21.0 21.1 21.2 21.3 21.4 Schilke, P. W. (2004). Advanced Gas Turbine Materials and Coatings. GE Energy. August 2004. Retrieved: 25 May 2011.
  22. ↑ 22.0 22.1 22.2 22.3 MacKay, Rebecca A., et al. (2007). Low-Density, Creep-Resistant Superalloys Developed for Turbine Blades. NASA Glenn's Research & Technology. Updated: 7 November 2007. Retrieved: 16 June 2010.
  23. ↑ P. Caron, Y. Ohta, Y.G. Nakagawa, T. Khan (1988): Superalloys 1988 (edited by S. Reichmann et al.), p. 215. The Metallurgical Society of AIME, Warrendale, PA.
  24. ↑ S. Walston, A. Cetel, R. MacKay, K. O’Hara, D. Duhl, and R. Dreshfield (2004). Joint Development of a Fourth Generation Single Crystal Superalloy Archived 15 October 2006 at the Wayback Machine. NASA TM—2004-213062. December 2004. Retrieved: 16 June 2010.
  25. ↑ "Metal Tidbits: Nimonic." steelforge.com. Retrieved: 5 March 2011.
  26. ↑ "Products." Archived 8 December 2012 at archive.today Special Metals. Retrieved: 5 March 2011.
  27. ↑ 27.0 27.1 27.2 27.3 Yahya, S M (2011). टर्बाइन कंप्रेशर्स और पंखे. New delhi: Tata McGraw-Hill Education, 2010. pp. 430–433. ISBN 9780070707023.
  28. ↑ 28.0 28.1 Acharya, Sumanta; Kanani, Yousef (2017-01-01), Sparrow, Ephraim M.; Abraham, John P.; Gorman, John M. (eds.), "Chapter Three - Advances in Film Cooling Heat Transfer", Advances in Heat Transfer, Elsevier, vol. 49, pp. 91–156, doi:10.1016/bs.aiht.2017.10.001, retrieved 2019-08-30
  29. ↑ Gas Turbine Engineering Handbook Second Edition,Boyce,ISBN 0 88415 732 6, Fig. 9-23 General Electric "Water-cooled turbine blade"
  30. ↑ "स्टीम कूलिंग से आगे बढ़ना".
  31. ↑ 31.0 31.1 Flack, p.428.
  32. ↑ 32.0 32.1 32.2 Boyce, p. 370.
  33. ↑ 33.0 33.1 Lesley M. Wright, Je-Chin Han. "टर्बाइन ब्लेड और वैन की बढ़ी हुई आंतरिक कूलिंग". 4.2.2.2 Enhanced Internal Coolingof Turbine Blades and Vanes. Retrieved 27 May 2013.
  34. ↑ Volume 1. Performance Flight Testing Phase. Chapter 7. Aero Propulsion page 7.122. Edwards Air Force Base, Air Force Test Center, February 1991. Size: 8MB. mirror of ADA320315.pdf
  35. ↑ What is Film Cooling?
  36. ↑ Martinez, Isidoro. "Aircraft propulsion. Thermal and mechanical limitations in jet engines" page 19. Technical University of Madrid, School of Aeronautical Engineering, 2015. Retrieved: April 2015.
  37. ↑ Rolls-Royce plc (2005). जेट इंजन (6 ed.). Rolls-Royce plc. ISBN 978-0902121232.
  38. ↑ 38.0 38.1 Boyce, p. 379-80
  39. ↑ S. Roy, C.-C. Wang, Plasma actuated heat transfer, Appl. Phys. Lett. 92 (2008) 231501
  40. ↑ P. Audier, M., N. Benard, E. Moreau, Film cooling effectiveness enhancement using surface dielectric barrier discharge plasma actuator, Int. J. Heat Fluid Flow 62 (2016), 247–57.
  41. ↑ S. Dai, Y. Xiao, L. He, T. Jin, P. Hou, Q. Zhang, Z. Zhao, Computational study of plasma actuator on film cooling performance for different shaped holes, AIP Adv. 5 (2015), 067104.
  42. ↑ Y. Xiao, S. Dai, L. He, T. Jin, Q. Zhang, P. Hou, Investigation of film cooling from cylindrical hole with plasma actuator on flat plate, Heat Mass Transf. 52 (2016), 1571–83.
  43. ↑ Flack, p. 428-9
  44. ↑ Boyce, p. 375
Bibliography
  • YAHYA, SM (2011). "Chapter 10: High temperature(cooled) turbine stages". turbines, compressor and fans (4th ed.). New delhi: Tata McGraw Hill Education private limited. ISBN 978-0-07-070702-3.
  • Flack, Ronald D. (2005). "Chapter 8: Axial Flow Turbines". Fundamentals of Jet Propulsion with Applications. Cambridge Aerospace Series. New York, NY: Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-81983-1.
  • Boyce, Meherwan P. (2006). "Chapter 9: Axial Flow Turbines and Chapter 11: Materials". Gas Turbine Engineering Handbook (3rd ed.). Oxford: Elsevier. ISBN 978-0-7506-7846-9.

श्रेणी:इंजन

Retrieved from ‘https://www.vigyanwiki.in/index.php?title=टर्बाइन_ब्लेड&oldid=76411’