Общие представления о характеристиках

Компрессоров

В условиях эксплуатации компрессора его частота вращения может меняться в широких пределах. При этом степень повышения давления, расход рабочего тела, окружные скорости, а следовательно, числа М и углы атаки на лопатках различных ступеней также изменяются и могут существенно отличаться от их расчётных значений. Это может явиться причиной значительного изменения мощности и КПД компрессора, а в некоторых случаях – появления неустойчивости в его работе.

Поэтому возникает необходимость в определении указанных параметров и в проверке устойчивости компрессора не только на расчётном, но и на других, нерасчётных режимах.

Зависимости, показывающие, как изменяются основные показатели работы компрессора – степень повышения давления и КПД при изменении частоты вращения, расхода рабочего тела и условий на входе, называются характеристикой компрессора.

Характеристика компрессора может быть получена либо расчётным путём, либо экспериментально.

Одним из наиболее достоверным способом получения характеристик является определение их в процессе испытания компрессоров на специальных стендах. Простейшая схема подобного стенда показана на рис. 12. Компрессор 2 приводится во вращение электродвигателем 5 через мультипликатор 4 .Воздух поступает в компрессор через коллектор 1 , который имеет специально спрофилированный плавный вход для создания равномерного поля скоростей перед компрессором и используется одновременно для измерения расхода воздуха.

Рис. 12

Из компрессора воздух поступает в ресивер 3 . за которым расположена дроссельная заслонка 6 , имитирующая сопротивление газового тракта ГТД.

Путём изменения мощности электродвигателя и положения дроссельной заслонки можно устанавливать на испытуемом компрессоре режимы с различными значениями частоты вращения n и расхода G_в .

Стенд также оснащён измерительной аппаратурой, позволяющей в процессе испытания давление и температуру воздуха на входе и выходе – р_в*, Т_в* , р_к* и Т_к* .

По данным испытания компрессора на стенде можно построить его характеристику, т.е. зависимость π_к* и η_к* от G_в при имевших место в процессе испытаний значениях n , p_в и Т_в .

Рассмотрим типичный характер изменения π_к* от G_в в зависимости от положения дросселя на выходе из компрессора при неизменной частоте вращения n (рис. 13).

Пусть при n=n₁ и при некотором среднем положении дросселя режим работы компрессора изображается на рисунке точкой а . При прикрытии дросселя , как показывает эксперимент, р_к ,а следовательно, и π_к* обычно растут, а G_в подает. Режим компрессора перемещается в точку б .

При ещё более значительном уменьшении G_в работа компрессора становиться неустойчивой. На рисунке этот момент соответствует точке г , являющейся границей устойчивой работы при данной частоте вращения.

Рис. 13

Если открывать дроссель, то р_к , а следовательно , и π_к* будут падать, а G_в увеличивается. Режим работы компрессора перейдёт, например, в точку в . При ещё большем открытии дросселя падения π_к* продолжится, но G_в возрастает незначительно или даже остаётся неизменным – на характеристике появляется вертикальный участок. Если и дальше продолжить открывать дроссель, снижение π_к* будет происходить только до некоторого минимального значения, отмеченного на рисунке точкой з , после чего дальнейшее открытие дросселя уже не изменяет режим работы компрессора.

В этом случае из-за значительного увеличения скорости воздуха на выходе из компрессора происходит запирание каналов выходного аппарата последней ступени (скорость в горловинах каналов достигает скорости звука). Ражим, характеризуемый параметрами в точке з , получил название режима «запирания» по выходу.

Кривая зависимости π_к* от G_в , изображённая на рис. 13, называется напорной кривой.

На рис.13 показана также кривая изменения η_к* .Максимальное значение η_к* достигается при некотором промежуточным положении дросселя, соответствующем точке о (оптимальный режим), а при крайних его положениях η_к* уменьшается. Наиболее низкое значение η_к* получается на режиме запирания выходного аппарата.

Если уменьшить частоту вращения ротора компрессора, то вследствие изменения окружной скорости изменения окружной скорости изменится работа, затраченная на вращение каждой ступени, и, следовательно, работа сжатия воздуха.

В результате при n₂<n₁ при каждом положении дросселя р_к уменьшится, а вместе с ним упадут π_к* и расход через дроссель, т.е. вся напорная кривая сместится, как показано на рис. 13, вниз и влево. Кривая η_к* также сместится влево.

Таким образом, проведя испытания компрессора при различных значениях частоты вращения, получим полную характеристику компрессора (рис. 14).

Рис. 14

Штриховая линия на этом рисунке соединяет кочки г , а штрихпунктирная – точки з , соответствующие различным n .

Первая из них называется границей устойчивых режимов работы, а вторая – границей запирания компрессора по выходу.

Линия, соединяющая точки 0 , в которых при каждом значенииn достигается максимальная величина η_к* , носит название линия оптимальных режимов.

Наибольшее значение η_к* достигается обычно при n , меньшей расчётной (на рис. 14 при n=90%).

Чем выше n , тем круче становятся характеристики, а их вертикальные участки, расположенные ниже линии в – в, занимают всё большую часть общей протяжённости напорных кривых между точками г и з.

Рассмотренная выше характеристика охватывает все возможные режимы устойчивой работы компрессора при тех значениях давления и температуры на входе, которые имели место при проведении его испытаний.

Но в условиях эксплуатации значения р_в* и Т_в* могут сильно изменяться в зависимости от атмосферных условий, скорости и высоты полёта, уровня потерь во входном устройстве. Эти изменения будут влиять на характеристику компрессора

Для того, чтобы исключить влияние условий на входе, характеристики компрессоров строятся в специально выбранных параметрах, которые устанавливаются на основе теории подобия.