¿Cuáles son las ventajas de usar 3 carretes en motores Rolls-Royce?

Answer 1

Las turbinas de los motores a reacción puros son pesadas porque manejan el flujo de aire total, mientras que las turbinas de los motores de derivación manejan solo una parte del flujo; así, el compresor HP, las cámaras de combustión y las turbinas pueden reducirse.

El aumento de la potencia por libra de aire en las turbinas, para aprovechar su capacidad total, se obtiene mediante el aumento de la relación de presión y la temperatura de entrada de la turbina.

Está claro que el motor de derivación es más liviano, porque no solo se ha reducido el diámetro de los conjuntos giratorios de alta presión, sino que el motor es más corto para una potencia de salida dada.

Con un motor de baja relación de derivación, la reducción de peso en comparación con un motor a reacción puro es del orden del 20% para el mismo flujo de masa de aire.

Con un motor de alta relación de derivación de la configuración de triple bobina, se obtiene una mejora significativa adicional en el peso específico.

Esto se deriva principalmente del diseño mecánico y aerodinámico avanzado, que además de permitir una reducción significativa en el número total de piezas, permite que los conjuntos rotativos se adapten de manera más efectiva y trabajen más cerca de las condiciones óptimas, minimizando así el número de compresores y turbinas. etapas para un deber dado.

—De The Jet Engine por Rolls Royce

Answer 2

Como explica Joel con mucha razón, le gustaría organizar su poder para extraer la máxima eficiencia, pero eso aumenta el peso. Por lo tanto, optimiza en consecuencia su diseño. Si bien el punto de diseño de RR está optimizado para 3 bobinas, GE cumple esa eficiencia en dos bobinas solo al introducir VSV o paletas de estator variables. Estos ayudan a controlar las relaciones de presión y, por lo tanto, cumplen el objetivo de eficiencia en condiciones de ciclo múltiple. Esto también les permite seguir adelante y diseñar motores ultrapotentes como GE90. Por otro lado, VSV aumenta la complejidad y no. de etapas axiales nuevamente agregando peso.

Finalmente, tanto GE como RR cumplen con el objetivo con una eficiencia y peso similares. Depende de cuál fue la filosofía de los científicos / ingenieros que diseñaron el diseño.

Answer 3

Todo es cuestión de balance de presión de diseño y velocidades de RPM del rotor para la potencia requerida.

Un rotor de gran diámetro puede mover mucho aire pero no puede girar tan rápido como un rotor de menor diámetro. Como resultado, un rotor grande no puede comprimir el aire tanto como uno más pequeño y más rápido.

Si todos los rotores (compresores de admisión o turbinas de salida) estuvieran en un solo eje, entonces los rotores de menor diámetro no estarían funcionando de la manera más eficiente. Pero si los rotores internos estuvieran en ejes separados, pueden girar a sus rpm más rápidas y más eficientes.

La mayor disparidad en eficiencia radica en el gran ventilador (o incluso una hélice o eje de salida) acoplado a una turbina para obtener su potencia. Si el ventilador estuviera en el eje primario, sus rpm máximas gobiernan la turbina de potencia, haciendo que ésta y el resto del carrete giren demasiado lento. Entonces, el ventilador está en su propio eje y su propia turbina de potencia en la parte posterior.
El resto del motor, en su propio eje o en varios ejes, gira a sus rpm y relaciones de presión más eficientes.

Los ejes múltiples también reducen el número total de rotores y sus estatores, y eso reduce la longitud y el diámetro del motor, lo que permite un ventilador más grande también.

De hecho, incluso un ventilador en su propio eje y turbina se vuelve ineficiente porque la turbina de potencia no puede girar lo suficientemente rápido, de ahí el turboventilador con engranaje de Pratt & Whitney, donde se monta una reducción de engranajes para permitir que la turbina gire mucho más rápido.

En cuanto al peso adicional de los ejes, los cojinetes y la estructura, estos se resuelven compensando el hecho de que se necesitarían rotores mucho más grandes para que un motor de carrete simple o doble proporcione la potencia necesaria, y el consumo de combustible mucho mayor de un Motor ineficiente más grande.