Граница устойчивой работы многоступенчатого компрессора

Изложенные выше особенности совместной работы ступеней во многом определяют форму и расположение границы устойчивой работы многоступенчатого компрессора.

Рассмотрим особенности возникновения срыва в нерегулируемом компрессоре при высоких значениях , близких к расчетным, т.е. при » 1. В этом случае рассогласование ступеней невелико и на оптимальном режиме работы компрессора углы атаки на лопаточных венцах во всех ступенях также близки к расчетным. При уменьшении расхода воздуха наиболее резко будут увеличиваться углы атаки в последних ступенях компрессора и поэтому в рас­сматриваемом случае критические углы атаки будут достигнуты, прежде всего, в последних ступенях. Однако вследствие малого рассогласования ступеней углы атаки в остальных ступенях также будут близки к критическим. Возникновение срыва в какой-либо из последних ступеней, имеющих большие значения , как указывалось, сопровождается образованием срывной зоны значительных размеров и резким падением напора. Дросселирующий эффект, оказываемый срывной зоной на поток в соседних лопаточных венцах, и снижение расхода воздуха, вызванное падением напора (при неизменном сопротивлении сети), в условиях малых запасов по срыву в остальных ступенях приводят к очень быстрому (за несколько сотых долей секунды) распространению срыва на весь компрессор.

Рис. 5.15. Граница устойчивой работы многоступенчатого компрессора

Описанная картина наблюдается обычно в диапазоне » 0,9 и более. При значительном снижении приведенной частоты вращения ( <0,7... 0,8) рассогласование ступеней становится существенным, причем на оптимальном режиме работы компрессора первые ступени работают с повышенными углами атаки, а последние - с сильно пониженными, как указывалось выше. Поэтому при уменьшении расхода воздуха, несмотря на более быстрое уменьшение коэффициентов расхода в последних ступенях, критические углы атаки обычно достигаются раньше в первой или в одной из первых ступеней, причем это упреждение будет тем более значительным, чем меньше . Однако в первых ступенях, имеющих относительно длинные лопатки, срывные зоны имеют первоначально небольшие размеры, и поэтому вызванные ими возмущения могут оказаться недостаточными для распространения срыва на последующие ступени, имеющие углы атаки значительно меньше критических. Поэтому в этом случае возникшие срывные зоны первоначально захватывают обычно только одну или несколько первых ступеней, не нарушая устойчивой работы компрессора в целом. Лишь при дальнейшем уменьшении расхода воздуха срывные зо­ны постепенно увеличиваются в размерах и захватывают все большее число ступеней, пока увеличение углов атаки не приведет к срыву потока уже во всем компрессоре.

При промежуточных между двумя рассмотренными случаями значениях , когда критические углы атаки также достигаются первоначально в первых ступенях, но запасы по углам атаки в остальных ступенях при этом невелики, срыв потока, возникший в одной из первых ступеней, сразу распространяется на весь компрессор. Поэтому в некотором диапазоне значений приведенной частоты вращения, лежащем ниже расчетного, граница устойчивой работы компрессора может определяться возникновением срыва в первых его ступенях.

Таким образом, на характеристике нерегулируемого компрессора можно отметить три диапазона , в каждом из которых возникновение и распространение срыва потока имеет свои особенности (рис. 5.15). В диапазоне I граница устойчивости определяется срывом потока в последних ступенях. В диапазоне II нарушение устойчивости течения в компрессоре в целом совпадает с возникновением срыва в одной из первых или средних ступеней. Наконец, при пониженных  (диапазон III) -срыв потока возникает сначала в первых ступенях, но имеется такая область режимов (заштрихованная область на рис. 5.15), где при наличии вращающегося срыва в первых ступенях компрессор в целом работает устойчиво.

В соответствии с наличием трех указанных диапазонов  граница устойчивости нерегулируемого многоступенчатого компрессора имеет обычно характерную s -образную форму, которая оказывается тем резче выраженной, чем выше расчетное значение .