Penjelasan
Kompresor axial terdiri dari komponen yang tidak bergerak dan komponen yang bergerak berputar. Suatu poros menggerakkan drum pusat, yang ditahan oleh bearing, yang mempunyai sejumlah baris aerofoil berbentuk gelang berpasangan. Poros ini berputar diantara baris aerofoil yang tidak bergerak yang jumlahnya sama, terhadap selubung yang berbentuk pipa. Aerofoil yang berputar berbaris selang seling (rotor) dan aerofoil yang diam (stator), dengan rotor yang memberikan/menyalurkan energi ke dalam cairan, dan stator yang mengubah penambahan energi kinetik secara rotasi menjadi tekanan statis melalui proses difusi.. Sepasang aerofoil yang berputar dan tidak bergerak disebut suatu satu stage. Daerah penampang melintang antara rotor drum dan selubung dikurangi arah alirannya untuk menjaga percepatan axial ketika cairan dimampatkan.
Perancangan
Penambahan tekanan yang dihasilkan oleh single stage terbatas oleh kecepatan relatif diantara rotor dan cairan, dan kemampuan aerofoil berputar dan berdifusi . Suatu stage khas pada kompresor komersil akan menghasilkan suatu peningkatan tekanan antara 15% sampai 60% ( perbandingan tekanan 1.15-1.6) pada kondisi-kondisi merancang dengan efisiensi suatu polytropic pada daerah 90-95%. Untuk mencapai perbandingan tekanan berbeda, kompresor axial dirancang dengan jumlah stage dan kecepatan rotasi yang berbeda.
Perbandingan tekanan stage yang tinggi juga memungkinkan jika kecepatan relatif antara cairan dan rotor adalah supersonik, bagaimanapun ini dicapai atas biaya efisiensi dan kemampuan operasional. Kompresor seperti itu, dengan perbandingan tekanan stage di atas 2, hanya digunakan jika ukuran kompresor diperkecil, berat/beban atau kompleksitas cukup kritis, seperti pada jet yang dipakai militer.
Profil aerofoil dioptimalkan dan dipertemukan untuk putaran dan percepatan spesifik. Walaupun kompresor dapat bekerja pada kondisi-kondisi lain dengan aliran, kecepatan dan perbandingan tekanan yang berbeda, ini dapat menghasilkan pengurangan efisiensi atau bahkan gangguan secara parsial atau keseluruhan pada aliran (dikenal dengan stall dan surge yang berturut-turut). Seperti itu, secara praktis akan membatasi banyaknya stage, dan keseluruhan perbandingan tekanan, berasal dari interaksi stage yang berbeda ketika diperlukan untuk menjauhkan kondisi yang tidak diinginkan pada desain. Kondisi-kondisi diluar perancangan ini dapat dikurangi sampai taraf tertentu dengan menyediakan beberapa fleksibilitas di dalam kompresor itu. Ini dicapai secara normal melalui penggunaan stator yang dapat disetel atau dengan klep yang dapat mengeluarkan cairan dari aliran utama diantara stage (aliran inter-stage).
Mesin jet modern menggunakan satu rangkaian kompresor, bekerja dengan kecepatan berbeda; untuk menyediakan udara dengan perbandingan tekanan sekitar 40:1 untuk pembakaran dengan fleksibilitas yang cukup untuk semua kondisi-kondisi penerbangan.
Pengembangan
Kompresor axial awalnya memberikan efisiensi yang lemah, sangat lemah kemudian pada awal 1920s sejumlah dokumen mengklaim bahwa suatu mesin jet praktis tidak akan mustahil untuk dibuat. Hal-hal tersebut berubah secara dramatis setelah A. A. Griffith mempublikasikan suatu catatan berkembang di tahun 1926, mencatat bahwa alasan untuk performa yang lemah adalah bahwa kompresor yang sudah ada menggunakan mata pisau rata dan terutama " flying stalled". Ia menunjukkan bahwa penggunaan dari airfoil sebagai ganti mata pisau rata akan secara dramatis meningkatkan efisiensi, secara langsung dimana suatu mesin jet praktis adalah suatu kemungkinan nyata. Ia menyimpulkan catatan itu dengan suatu diagram dasar dari beberapa mesin, yang mencakup suatu turbin kedua yang telah digunakan untuk menggerakkan propeller.
Walaupun Griffith memang dikenal baik dalam kaitan dengan kerjaan awal nya pada kelelahan logam dan pengukuran tekanan, kerjaan kecil nampak telah dimulai sebagai hasil langsung dari catatannya. Satu-satunya usaha nyata yang jelas adalah suatu kompresor test-bed yang dibangun oleh Rekan kerja Griffith's di RAE, Haine Constant. Usaha jet awal yang lainnya, khususnya mereka yaitu Frank Whittle dan Hans von Ohain, berdasarkan pada semakin sempurnanya dan lebih baik memahami kompresor sentrifugal yang secara luas digunakan pada supercharger. Griffith yang yang telah melihat Pekerjaan Whittle di tahun 1929 dan memecatnya, mencatat suatu kesalahan didalam perhitungan dan perjalanan untuk mengakui bahwa ukuran depan mesin akan membuat nya sia-sia pada pesawat terbang kecepatan tinggi.
Kerja yang nyata dari mesin aliran axial dimulai pada akhir 1930an, pada beberapa usaha yang telah dimulai pada waktu yang sama. Di Inggris, Haine Constant mencapai suatu persetujuan dengan perusahaan turbin uap Metropolitan Vickers ( Metrovick) di tahun 1937, memulai usaha mesin turboprop mereka berdasarkan pada disain Griffith pada tahun 1938. pada tahun 1940, setelah berjalan sukses pada Disain Aliran sentrifugalnya Whittle, usaha mereka adalah mendesain ulang jet murni, Metrovick F.2. Di Negara Jerman, Von Ohain yang yang telah memproduksi beberapa mesin sentrifugal yang dapat bekerja, sebagian dari mereka telah diterbangkan termasuk pesawat jet super cepat pertama di dunia (He 178), tetapi pengembangan usaha telah dilakukan oleh Junkers ( Jumo 004) dan BMW ( BMW 003), yang menggunakan disain aliran axial pada jet pemburu pertama di dunia ( Messerschmitt Ku 262) dan bomber jet ( Arado Ar 234). Di Amerika Serikat, baik ruangan pesawat untuk pilot maupun elektrik umum telah dihadiahi kontrak pada tahun 1941 untuk mengembangkan mesin axial-flow, yang berbentuk jet murni, yang kemudian menjadi mesin turboprop. Northrop juga telah memulai proyek mereka sendiri untuk mengembangkan suatu mesin turboprop, dimana Angkatan laut AS telah mengontraknya di tahun 1943. Westinghouse juga masuk balapan tahun 1942, proyek mereka membuktikan untuk menjadi satu-satunya usaha AS yang sukses, yang kemudian menjadi J30.
Pada tahun 1950an mayoritas pengembangan mesin telah bergerak menuju mesin jenis aliran axial. Ketika Griffith mula-mula mencatatnya di tahun 1929, ukuran bagian depan yang besar dari kompresor sentrifugal menyebabkannya mempunyai gesekan lebih tinggi dibanding jenis aliran axial yang lebih dangkal. Apalagi disain aliran axial bisa meningkatkan perbandingan kompresinya dengan hanya menambahkan stage tambahan dan membuat mesinyang sedikit lebih panjang. Pada desain aliran sentrifugal kompresornya sendiri mempunyai diameter yang lebih besar, yang jauh lebih sukar untuk "cocok" dengan baik pada pesawat terbang. Pada sisi lain, disain aliran sentrifugal hanya sedikit kurang kompleks (alasan utama mereka menang dalam balapan adalah untuk mempopulerkan contohnya) dan oleh karena itu mempunyai suatu peran pada tempatnya dimana ukuran dan garis aliran tidak demikian penting. Karena alasan ini mereka tinggal menisakan solusi akhir untuk mesin helikopter, dimana kompresor datar berada dan dapat dibangun untuk berbagai keperluan ukuran tanpa merepotkan garis aliran untuk mendapatkan sudut yang lebih besar.
Mesin Jet Aliran Axial
Skema kompresor axial tekanan rendah turbojet Olympus BOl.1
Pada aplikasi mesin jet, kompresor dihadapkan pada kondisi pengoperasian secara luas. Pada saat takeoff tekanan pintu masuk tinggi, kecepatan pada pintu masuk nol, dan kompresor berputar pada berbagai kecepatan ketika tenaga diterapkan. Ketika sekali terbang tekanan pintu masuk turun, tetapi kecepatan pada pintu masuk meningkat (dalam kaitan dengan gerakan maju pesawat terbang) untuk memulihkan beberapa tekanan ini, dan kompresor cenderung untuk bekerja pada kecepatan tunggal untuk periode waktu yang lama.
Tidak ada kompresor simpel yang sempurna untuk cakupan kondisi pengoperasian secara luas. Geometri kompresor yang tetap, seperti saat digunakan pada mesin jet pertama kali, terbatas untuk mendesain perbandingan tekanan sekitar 4 atau 5:1. ketika dengan mesin panas manapun, efisiensi bahan bakar betul-betul dihubungkan dengan perbandingan kompresinya, sehingga membutuhkan keuangan yang sangat kuat untuk meningkatkan stage kompresor di luar perbandingan yang dibutuhkan.
Apalagi kompresor dapat menjadi lambat jika kondisi-kondisi pintu masuk berubah dengan kasar, suatu masalah umum pada mesin awalnya. Pada beberapa kasus, jika pelambatan terjadi dekat bagian depan mesin, semua stage yang bekerja dari titik itu akan berhenti mengkompresi udara. Pada situasi ini energi yang diperlukan untuk menjalankan kompresor akan turun secara tiba-tiba, dan sisa udara panas pada bagian belakang mesin mengijinkan turbin untuk menaikkan kecepatan motor secara dramatis. Kondisi ini, dikenal sebagai surging, yaitu suatu masalah utama pada mesin di awal dan sering menunjukkan kompresor atau turbin itu melemparkan mata pisau.
Karena semua pertimbangan ini, kompresor axial pada mesin jet modern lebih rumit dibandingkan dengan rancangan sebelumnya.
Referensi:
Wikipedia
Tidak ada komentar:
Posting Komentar