работы многоступенчатых компрессоров
Рассмотрим особенности возникновения срыва в нерегулируемом компрессоре при высоких значениях 
, близких к расчётным ( ≈1).
В этом случае рассогласование ступеней невелико и на оптимальном режиме работы компрессора углы атаки на лопаточных венцах во всех ступенях близки к расчётным.
При уменьшении расхода потока наиболее резко будут увеличиваться углы атаки в последних ступенях компрессора и поэтому в данном случае критические углы атаки будут достигнуты, прежде всего, в последних ступенях. Однако вследствие малого рассогласования ступеней углы атаки в остальных ступенях также близки к критическим.
Возникновение срыва в какой-либо из последних ступеней обычно сопровождается образованием срывных зон значительных размеров и резким падением напора.
Дросселирующий эффект, оказываемый срывной зоной на поток приводит к очень быстрому (за несколько сотых долей секунды) распространению срыва на весь компрессор.
В результате быстрого распространения срыва на все ступени 
и Gв резко и самопроизвольно подают, т.е. характеристика компрессора терпит разрыв (рис. 35).
Рис. 35
Одновременно можно наблюдать выброс сжатого и нагретого рабочего тела на вход в компрессор. При этом, как и для ступеней с короткими лопатками (рис. 29), в характеристики компрессора наблюдается гистерезис, и для вывода компрессора из срывного режима необходимо сделать сопротивление сети значительно меньшим, чем оно было в момент возникновения срыва.
Однако в первых ступенях, имеющих относительно длинные лопатки, срывные зоны первоначально имеют небольшие размеры, и вызванные ими возмущения могут оказаться недостаточными для распространения срыва на другие ступени, имеющие углы атаки значительно меньше критических. Лишь при дальнейшем уменьшении расхода потока срывные зоны постепенно увеличиваются в размерах и захватывают всё большее число ступеней, пока увеличение углов атаки не приведёт к срыву потока уже во всём компрессоре.
На характеристики нерегулируемого компрессора можно отметить три диапазона , в каждом из которых возникновение и распространение срыва потока имеет свои особенности (рис. 36).
Рис 36
В диапазоне 1 граница устойчивости определяется срывом потока в последних ступенях.
В диапазоне 11 нарушение устойчивости совпадает свозникновением срыва в одной из первых или средних ступеней.
В диапазоне 111 при пониженных срыв потока возникает сначала в первых ступенях, но имеется такая область режимов (заштрихованная область на рис. 36), где при наличии вращающегося срыва в первых ступенях компрессор в целом работает устойчиво.
В соответствии с изложенным граница устойчивости многоступенчатого компрессора имеет характернуюs-образную форму, которая обычно оказывается тем резче выраженной, чем выше расчётное значение .
Рассмотри подробно сам процесс нарушения устойчивой работы компрессора.
При значениях >0,8…0,85 срыв потока, возникший в одном из лопаточных венцов компрессора, быстро распространяется на все ступени и приводит к самопроизвольному скачкообразному падению расхода потока и степени повышения давления.
Рис. 37
На рис. 37 показана осциллограмма такого процесса потери устойчивости.
Линия 1 представляет собой запись изменения давления потока непосредственно за компрессором рк .
Линия 2 – давление на входе в первую ступень рв .
Линия 3 – перепад давлений в мерном коллекторе (см. рис. 12), служащем для измерения расхода потока Δрвх .
На линии 4 записано изменение проходной площади дросселя, установленного за компрессором.
Как видно из рис. 37, при уменьшении площади дросселя до момента, отмеченного линией А – А , рк , рв и Δрвх испытывают только высокочастотные колебания малой амплитуды.
По мере прикрытия дросселя расход через компрессор уменьшается и в момент А возникает срыв потока. При этом рк и расход потока резко падают а рв , наоборот, возрастает из-за резкого уменьшения расхода и выброса на вход части сжатого рабочего тела через зоны срыва.
Этот выброс сопровождается сильным звуковым эффектом («хлопком»).
Процесс падения рк протекает очень быстро (около 0,1 с) и завершается формированием вращающегося срыва, наличие которого проявляется на рис. 37 в виде периодических пульсаций рки рв сравнительно высокой частоты ( от нескольких десятков до сотен герц).
Таким образом, после перехода на срывную ветвь характеристики компрессор работает далее устойчиво с пониженными значениями рк, расхода и КПД.
В эксплуатации такой процесс потери устойчивости характеризуется термином «срыв в компрессоре» или «помпажным срывом».
В определённых условиях может наблюдаться другая форма неустойчивой работы, характеризуемая термином «пампаж» и отличающийся от описанной возникновением сильных низкочастотных колебаний давления и расхода потока во всём тракте, в котором работает компрессор.
Рис. 38
На рис. 38 приведена осциллограмма помпажа, полученная при испытании того же компрессора, к которому относилась осциллограмма рис. 37 ( были изменены лишь условия испытания).
Как видно, первоначально наблюдается примерно такое же скачкообразное падение рки расхода потока, как на рис. 37. Но уже примерно через 0,2 с в компрессоре восстанавливаются высокие значения рки Δрвх .
Затем весь процесс повторяется снова и снова, т.е. в компрессоре возникают периодические колебания давления и расхода (скорости) потока, имеющие большую амплитуду и сравнительно малую частоту.
Эта частота зависит от объёма (массы) рабочего тела, заключённого в компрессоре и в присоединённых к нему трубопроводах (элементы тракта ГТД). Обычно она составляет несколько герц и сравнительно слабо зависит от частоты вращения ротора компрессора.
Рис. 39
Рис. 39 иллюстрирует возникновение помпажных колебаний. Предположим, что компрессор К всасывает воздух из атмосферы и подаёт его через лишённый трения трубопровод L в ресивер С , за которым расположен регулируемый дроссель Dp .
В ГТД роль ресивера может играть камера сгорания, а роль дросселя – сопловой аппарат турбины.
Тогда характеристика компрессора может быть представлена зависимостью давления за компрессором рк от расхода воздуха через него Gв (рис. 39).
Резкое падение рк левее точки А соответствует моменту возникновения срыва в одной из последних ступеней компрессора.
Левая (срывная) ветвь характеристики может быть определена вплоть до нулевого расхода, а при наличии постороннего источника сжатого воздуха может быть продолжена и в область отрицательных расходов.
Пусть характеристика сети изображается кривой зависимости давления в ресивере рс от расхода воздуха через дроссель Dp , проходящей через точку А . На установившемся режиме работы Gc=Gк и при отсутствии трения в трубопроводе рс=рк .
Таким образом, точка А будет изображать режим совиестной работы компрессора и сети.
Очевидно, этот режим является неустойчивым и при случайном незначительном уменьшении расхода система перейдёт в точку Б на срывной ветви характеристики. Именно такой переход наблюдался на осциллограмме рис. 37.
Дата добавления: 2016-04-02; просмотров: 596;