Mapa de turbinas

Cada turbina de un motor de turbina de gas tiene un mapa de funcionamiento. Los mapas completos se basan en los resultados de las pruebas en banco de turbinas o se predicen mediante un programa informático especializado. Alternativamente, se puede escalar adecuadamente el mapa de una turbina similar.

Un diagrama de turbina ^{[ 1 ]} muestra líneas de velocidad porcentual corregida (basada en un valor de referencia) representadas en el eje x, que es la relación de presión, aunque también se suele utilizar deltaH/T (aproximadamente proporcional a la caída de temperatura a través de la temperatura de entrada de la unidad/componente). El eje y es alguna medida de caudal, normalmente caudal adimensional o caudal corregido, pero no caudal real. A veces, los ejes de un diagrama de turbina se transponen para que coincidan con los de un diagrama de compresor . Como en este caso, a menudo también se incluye un gráfico complementario que muestra la variación de la eficiencia isoentrópica (es decir, adiabática ) o politrópica.

La turbina puede ser una unidad transónica, donde el número de Mach en la garganta alcanza condiciones sónicas y la turbina se estrangula por completo . En consecuencia, prácticamente no hay variación en el flujo entre las líneas de velocidad corregidas a altas relaciones de presión.

Sin embargo, la mayoría de las turbinas son dispositivos subsónicos, con un número de Mach máximo de aproximadamente 0,85 en la garganta del NGV. En estas condiciones, se observa una ligera dispersión en el flujo entre las líneas de velocidad corregidas en porcentaje en la región "estrangulada" del mapa, donde el flujo para una velocidad dada alcanza una meseta.

A diferencia de un compresor o un ventilador, en una turbina no se producen sobretensiones ni paradas. Esto se debe a que el gas fluye a través de la turbina en su dirección natural, de alta a baja presión. Por consiguiente, no existe una línea de sobretensión marcada en el diagrama de la turbina.

Las líneas de operación son difíciles de visualizar en un mapa de turbina convencional debido a que las líneas de velocidad se agrupan. El mapa se puede rediseñar, utilizando el eje Y como múltiplo del caudal y la velocidad corregida. Esto permite separar las líneas de velocidad, facilitando la representación gráfica de las líneas de operación (y las curvas de eficiencia) y su visualización clara.

La siguiente discusión se refiere al sistema de expansión de un turbofán de dos ejes, con alta relación de derivación y sin mezcla .

En el lado derecho se muestra un mapa (o característica) típico de la tobera primaria (es decir, caliente). Su apariencia es similar a la de un mapa de turbina, pero carece de líneas de velocidad (rotacional). Nótese que a altas velocidades de vuelo (sin considerar el cambio de altitud), la tobera caliente suele estar en o cerca de una condición de estrangulamiento. Esto se debe a que el aumento de presión dinámica en la entrada de aire incrementa la relación de presión de la tobera. En condiciones estáticas (por ejemplo, en vuelo a baja velocidad) no hay aumento de presión dinámica, por lo que la tobera tiende a operar sin estrangulamiento (lado izquierdo del gráfico).

La turbina de baja presión percibe la variación en la capacidad de flujo de la tobera primaria. Una disminución en la capacidad de flujo de la tobera tiende a reducir la relación de presión (y deltaH/T) de la turbina de baja presión. Como muestra el diagrama de la izquierda, inicialmente la reducción en deltaH/T de la turbina de baja presión tiene poco efecto sobre el flujo de entrada de la unidad. Sin embargo, con el tiempo, la turbina de baja presión se libera, lo que provoca que su capacidad de flujo comience a disminuir.

Mientras la turbina de baja presión (LP) permanezca bloqueada, no se observa ningún cambio significativo en la relación de presión (o deltaH/T) ni en el caudal de la turbina de alta presión (HP). Sin embargo, una vez que la turbina LP se desbloquea, el deltaH/T de la turbina HP comienza a disminuir. Finalmente, la turbina HP se desbloquea, lo que provoca que su capacidad de caudal comience a descender. El ralentí en tierra suele alcanzarse poco después de que la turbina HP se desbloquee.