Многоступенчатых компрессоров

Рис. 5.16. Нормальные и срывные ветви напорных кривых на характеристике компрессора

1). 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. 5.16 (кривая ). На рис. 5.17 показана типичная осциллограмма такого процесса потери устойчивости. Здесь линия, обозначенная символом р _к, 1 представляет собой запись изменения давления воздуха непосредственно за компрессором, линия р _в - давление на входе в первую ступень, а линия - перепад давлений в мерном входном коллекторе стенда, служащем для измерения расхода воздуха. На осциллограмме линией F _др записано также изменение проходной площади дросселя, установленного за компрессором.

Как видно из рис. 5.17, при уменьшении площади сечения дросселя до момента, отмеченного на осциллограмме линией А - А, р _к, р _в и G _в испытывают только высокочастотные колебания малой амплитуды. По мере прикрытия дросселя расход воздуха через компрессор уменьшается и в момент А возникает срыв потока. При этом р _к и расход воздуха резко падают, а р _в (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»).

Рис. 5.17. Осцилограмма срыва потока в многоступенчатом компрессоре

Процесс падения р _к протекает очень быстро (в данном случае он занимает около 0,1 с) и завершается формированием вращающегося срыва, наличие которого проявляется на рис. 5.17 в виде периодических пульсаций р _к и р _в сравнительно высокой частоты (обычно от нескольких десятков до сотен герц). Первоначальный выброс воздуха на вход в компрессор сопровождается кратковременными колебаниями расхода воздуха, которые длятся в данном случае всего около 0,15 с и затем исчезают. Средние значения р _к и р _в, 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.

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.

2). 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. 5.18 приведена осциллограмма помпажа, полученная для того же компрессора, к которому относилась осциллограмма рис. 5.17. Обозначения на линиях имеют здесь прежнее значение. Как видно, в этом случае первоначально наблюдается примерно такое же скачкообразное падение р _к и расхода воздуха, как и на рис. 5.17, так как первопричиной помпажа (так же, как и срыва) является возникновение и развитие срыва потока с лопаток компрессора. Но уже примерно через 0,2 с восстанавливаются высокие значения р _к и G _в, 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

Рис. 5.18. Осцилограммапомпажа в многоступенчатом компрессоре