Nel motore a reazione, la compressione dell'aria precedente l'espansione in turbina, viene ottenuta per mezzo di due tipi basici di compressore: centrifugo o a flusso assiale (la parte centrale in blu della foto sopra è un compressore assiale; nell'immagine sotto un compressore centrifugo).
Entrambi vengono mossi da una turbina ad esso meccanicamente collegata, tramite apposito albero.
Il compressore centrifugo offre il vantaggio, rispetto a quello assiale, di realizzare discreti rapporti di compressione, per ogni singolo stadio, ma ha lo svantaggio di avere un notevole ingombro e peso in confronto alla portata d'aria che lo attraversa. Si presta quindi per motori di piccoli aerei o per gruppi ausiliari (APU). I1 compressore assiale, invece, offre il vantaggio di possedere una limitata sezione frontale per elevate portate d’aria; ma ha lo svantaggio di realizzare limitati rapporti di compressione unitari e quindi richiede l’installazione di numerosi stadi in serie, per ottenere rapporti di compressione globali elevati. Il limitato ingombro lo rende fondamentale ed insostituibile per i motori di grandi aerei.
Negli stadi rotorici l'aria forzata dalle palette rotanti, subisce un aumento di velocità e quindi di pressione dinamica; aumenta inoltre anche la pressione statica a causa del profilo divergente degli interspazi fra le palette. Attraverso il rotore si avrà quindi un aumento della pressione totale ed un aumento della velocità.
Negli statori, a causa della forma divergente dei condotti, il flusso d'aria subisce una riduzione di velocità. Ciò porta alla perdita di parte della pressione dinamica guadagnata nel precedente rotore e ad un aumento della pressione statica, dovuto alla trasformazione d’energia cinetica in energia di pressione.
Il valore della pressione totale nello statore resta costante.
In conclusione, attraverso i vari stadi di un compressore assiale, si avrà sempre un incremento di pressione per ogni stadio con un andamento della velocità media teoricamente costante.
L'incremento di pressione causa di conseguenza una riduzione del volume e pertanto gli stadi saranno gradatamente più piccoli alle pressioni maggiori.
Il compressore centrifugo
Il compressore centrifugo funziona prelevando aria dalla sua sezione centrale a centrifugandola per mezzo della rotazione della ventola verso la sua circonferenza esterna. L'elevata velocità di rotazione della ventola provoca l'accelerazione dell'aria ed il suo aumento di pressione.
Gli elementi fondamentali costituenti il compressore centrifugo sono:
- la ventola rotante
- il diffusore
- il collettore
All'uscita della ventola, l'aria ad elevata velocità entra nel diffusore (condotto divergente) dove l'energia cinetica dell'aria viene trasformata in energia di pressione. Il flusso d'aria raddrizzato dal diffusore viene quindi diretto nel collettore con un angolo di incidenza progettato per mantenere il massimo dell'energia fornito dalla ventola.
Pressione e velocità del flusso d'aria nel collettore saranno a valori soddisfacenti per la successiva fase di combustione.
I compressori centrifughi possono essere a singola o doppia entrata.
Il compressore a doppia entrata ha il vantaggio di richiedere un minor diametro a parità di portata d'aria e contrappone la difficoltà nell'invio dell'aria dalla presa d'aria alla ventola posteriore.
Esistono infine compressori centrifughi multi stadio dove varie ventole rotanti sono collegate in serie su uno stesso albero. In compressori di questo tipo esiste la difficoltà di convogliare soddisfacentemente l'aria dall'uscita di uno stadio all'ingresso di quello successivo.
Il compressore assiale
I1 compressore assiale è costituito da un complesso rotorico ed uno statorico, entrambi concentrici all'asse di rotazione del motore. Il rotore è, a sua volta, costituito da una serie di dischi porta palette fissati tra loro per mezzo di tiranti e distanziati adeguatamente mediante "distanziali".
In figura: un Compressore Assiale Monoalbero
Sul
primo e sull'ultimo stadio del rotore sono montati i mozzi, la
cui funzione è di portare i cuscinetti.
Il mozzo posteriore, inoltre, provvede a fornire un adeguato sistema di collegamento del relativo albero di trasmissione alla turbina.
Il complesso statorico è invece formato da anelli porta palette fisse, ciascuno dei quali va installato tra due stadi rotorici.
Nel compressore assiale l'aria, attraverso la presa d'aria, raggiunge le palette di prerotazione (IGV- Inlet Guide Vane), se installate, la cui funzione è quella di convogliare l'aria al 1° Stadio rotore con un angolo predeterminato nel verso di rotazione del motore.
Compressore assiale multiplo
In teoria, per ottenere qualsiasi valore di rapporto di compressione, occorrerebbe impiegare un compressore assiale avente un numero di stadi quanto necessari. Tuttavia in questo caso, a certe velocità di rotazione specifiche, si verificherebbe un calo di efficienza degli stadi più alti, con sovraccarico sugli stadi anteriori. A dati regimi di rotazione, infatti, l'aria inviata dagli stadi più bassi risulta eccessiva per la capacità degli stadi più alti, con inevitabile conseguenza di stallo del compressore.
Compressore Assiale Bialbero
Poichè la velocità del suono aumenta con l'aumentare della temperatura, ne consegue che la velocità periferica, consentita dalle palette degli stadi di alta pressione sarà superiore rispetto a quella delle palette di bassa pressione.
Nel compressore multiplo, costituito, cioè, da più sezioni (mediamente due) libere di ruotare a velocità diverse e mosse da relative turbine, si sfrutta in modo ottimale questo vantaggio facendo ruotare la sezione di alta pressione a velocità superiori con conseguente riduzione del margine di stallo e incrementi di rapporti di compressione globali.
Ulteriori vantaggi del compressore multiplo sono:
- riduzione di peso
- riduzione dell'ingombro frontale
- dimensionamento più ridotto dell'impianto di avviamento, poichè lo starter deve trascinare il solo gruppo di alta pressione.
- autoselezione delle velocità di rotazione ideali dei due gruppi rotanti
- riduzione dei tempi di accelerazione