Срывные и неустойчивые режимы работы многоступенчатых компрессоров
Рассмотрим более подробно процесс нарушения устойчивой работы компрессора. При значениях > 0,8 ... 0,85, как указывалось, срыв потока, возникший в каком-либо одном из лопаточных венцов компрессора, быстро распространяется на все ступени и приводит к самопроизвольному скачкообразному падению расхода воздуха и степени повышения давления, как показано на рис. 5.17 (кривая ). На рис. 5.18 показана типичная осциллограмма такого процесса потери устойчивости. Здесь линия 1 представляет собой запись изменения давления воздуха непосредственно за компрессором, линия 2 — давление на входе в первую ступень,а линия 3 — перепад давлений в мерном входном коллекторе (см. рис. 5.1), служащем для измерения расхода воздуха, т.е. . На осциллограмме линией 4 записано также изменение проходной площади дросселя, установленного за компрессором.
Как видно из рис. 5.18, при уменьшении площади сечения дросселя до момента, отмеченного на осциллограмме линией А - А, рк, рв и Dрвх испытывают только высокочастотные колебания малой амплитуды. По мере прикрытия дросселя расход воздуха через компрессор уменьшается и в момент А возникает срыв потока. При этом рк и расход воздуха резко падают, а рв (статическое давление на входе в компрессор), наоборот, возрастает из-за резкого уменьшения расхода и выброса сюда части сжатого воздуха через зоны срыва. Этот выброс внешне сопровождается обычно сильным звуковым эффектом (“хлопком”).
Процесс падения рк протекает очень быстро (в данном случае он занимает около 0,1 с) и завершается формированием вращающегося срыва, наличие которого проявляется на рис. 5.18 в виде периодических пульсаций рк и рв сравнительно высокой частоты (обычно от нескольких десятков до сотен герц). Первоначальный выброс воздуха на вход в компрессор сопровождается кратковременными колебаниями расхода, которые длятся в данном случае всего около 0,15 с и затем исчезают. Средние значения рк и рв, на которые наложены пульсации, вызванные вращающимся срывом, также не испытывают при этом заметных колебаний. Таким образом, в данном случае после перехода на срывную ветвь характеристики компрессор работает далее устойчиво, но с существенно пониженными значениями степени повышения давления, расхода воздуха и КПД.
Аналогичный характер может иметь процесс нарушения устойчивости и при пониженных значениях приведенной частоты вращения с той лишь разницей, что в области устойчивых режимов работы на осциллограмме могут наблюдаться пульсации давления, вызванные наличием вращающегося срыва в первых ступенях компрессора. Кроме того, необходимо иметь в виду, что по мере снижения “хлопок” становится все более слабым.
В эксплуатации такой процесс потери устойчивости часто характеризуется термином “срыв в компрессоре” или “помпажный срыв” (его не следует отождествлять со срывом потока в отдельных лопаточных венцах). В результате падения тяга двигателя резко снижается (практически до нуля). При этом, как и для ступеней с короткими лопатками, в характеристике компрессора наблюдается гистерезис, и для вывода компрессора из срывного режима необходимо сделать сопротивление сети значительно меньшим, чем оно было в момент возникновения срыва.
В эксплуатации может наблюдаться и другая форма неустойчивой работы компрессора, характеризуемая термином “помпаж” и отличающаяся от описанной возникновением сильных низкочастотных колебаний давления и расхода воздуха во всем газовоздушном тракте, в котором работает компрессор.
На рис. 5.19 приведена осциллограмма помпажа, полученная для того же компрессора, к которому относилась осциллограмма рис. 5.18. Цифры на линиях имеют здесь прежнее значение. Как видно, в этом случае первоначально наблюдается примерно такое же скачкообразное падение рк и расхода воздуха, как и на рис. 5.18. Но уже примерно через 0,2 с восстанавливаются высокие значения рк и Dрвх, близкие к имевшим место до потери устойчивости. Затем весь процесс повторяется снова и снова, т. е. в компрессоре возникают периодические колебания давления и расхода воздуха, имеющие большую амплитуду и сравнительно малую частоту. Исследования показывают, что эта частота зависит от объема (массы) воздуха, заключенного в компрессоре и в присоединенных к нему трубопроводах (элементах тракта двигателя). Обычно она составляет несколько герц и сравнительно слабо зависит от частоты вращения ротора компрессора. Внешне возникновение помпажа проявляется как сильный шум и тряска двигателя, сопровождающиеся падением тяги. Кроме того, как при срыве, так и при помпаже резко растет температура газов в турбине и возникает опасность её перегрева. Наконец, наличие вращающегося срыва может стать источником возбуждения опасных вибраций лопаток. Поэтому сколько-нибудь длительная эксплуатация двигателя на этих режимах недопустима
Исследования показывают, что первопричиной помпажа, так же как и срыва является возникновение и развитие срыва потока с лопаток компрессора. Поэтому основным способом борьбы с неустойчивой работой компрессора в различных условиях эксплуатации является уменьшение углов атаки в тех ступенях или в той части лопаток, где эти утлы оказываются слишком близкими к критическим (см. ниже).
Дата добавления: 2018-05-10; просмотров: 917;