Цель: изучить работу компрессора в системе ГТД, получение линии рабочих режимов на характеристиках компрессора, формы неустойчивой работы компрессора и причины их появления.
Учебные вопросы: 1. Линия рабочих режимов. Нижний и верхний срывы.
2. Неустойчивая работа компрессора.
1. ЛИНИЯ РАБОЧИХ РЕЖИМОВ. НИЖНИЙ И ВЕРХНИЙ СРЫВЫ
Характеристики компрессора охватывают все возможные режимы его работы. Однако, в конкретных условиях его работы в системе ГТД, используется только часть этих режимов, что объясняется следующим. Элементы, стоящие за компрессором (основная камера сгорания, газовая турбина), создают сопротивление движению воздуха аналогично дросселю, использующемуся при экспериментальном получении характеристик. Причем величина этого сопротивления зависит от частоты вращения ротора двигателя, а частота вращения и сопротивление, как мы убедились, однозначно определяет положение рабочей точки на характеристике.
Соединение точек «О-О» на напорных кривых дает линию оптимальных режимовилилинию рабочих режимовкомпрессора (ЛРР).
Соединение точек «В-В» дает линию начала запирания компрессора по входу, а точек «Γ-Γ» — границу устойчивой работы компрессора.
На этом режиме все геометрические характеристики ступеней (углы установки лопаток, площади проходных сечений и т.д.) определяются из условий обеспечения их оптимального режима, т.е.  |
Каждый компрессор и его каскады рассчитываются для ОДНОГОосновного режима, для которого требуется получить наилучшие данные. Обычно это максимальный или близкий к нему режим, именуемый РАСЧЕТНЫМ
На расчетном режиме, где все ступени согласованы (С1a i= C1a i opt), компрессор работает лишь в одной точке своей характеристики — точке Р. При отклонении от расчетного режима (от точки Р) либо за счет изменения n(мощности электродвигателя), либо за счет изменения GB (положения дроссельной заслонки FДР) происходит рассогласование ступеней.
Видео:Центробежный компрессорСкачать
Рассогласование ступеней — отклонение работы всех или некоторых ступеней от оптимального режима. Отклонение ioт iopt приводит к росту потерь и даже к срыву потока при i> iкр.
Рассмотрим физическую причину этого явления. Запишем уравнение расхода для сечений 1-1и Ζ-Ζ.
Здесь π / К — это степень повышения давления в компрессоре без участия последней ступени.
Таким образом если на расчетном режиме
то при любом отклонении π / К от π / К расч (т.е. πКот πК расч) будет изменяться отношение
, а значит нарушаться оптимальный режим обтекания одновременно всех ступеней.
Физически это объясняется тем, что изменение πК связано с изменением πi и плотности воздуха. Новая плотность ρi перед каждой ступенью уже не будет соответствовать прежним расчетным проходным сечениям и поэтому в результате изменения Сai расчетное обтекание лопаток нарушается. Чем больше πК расч , тем сильнее проявляется этот эффект.
По аналогии с полученным выражением (*) можно записать для первой и последней групп ступеней
Видео:Устройство и принцип работы винтового компрессораСкачать
Рассмотрим рассогласование ступеней вдоль линии рабочих режимов.
Изменять nпр можно по-разному: либо изменять nф, либо Τ* Β. При этом можно, изменяя n за счет мощности электродвигателя и одновременно управляя Fдр, влиять на изменение Cai— Таким образом можно, изменяя nпр, поддерживать:
Оказывается, если Са ср =const , то при уменьшении nпр изменение режима работы компрессора происходит практически вдоль линии рабочих режимов Р-Р. Покажем это.
Из рисунка видно, что при таком рассогласовании η * ст iменяются мало, а если и меняются, то в окрестности точки с η * макс Поэтому такому рассогласованию будет соответствовать η * к макс. Это подтверждает, что рассогласование происходит вдоль линии рабочих режимов. Важным следствием также являетсято, что при уменьшении nпр,увеличиваются углы атаки на первых ступенях, а при увеличении nпр увеличиваются углы атаки на последних ступенях. Чем сильнее изменение nпр по сравнению с nпр расч, тем сильнее рассогласование ступеней, а при значительном уменьшении или увеличении nпр может возникнуть срыв потока соответственно на первых или последних ступенях. Этим и обуславливается то, что ЛРР высоконапорного компрессора ГТД (π*К> 5. 6) пересекает границу устойчивой работы в двух точках «Ή» и «В», называемых соответственно точками нижнего и верхнего срыва.
Читайте также: Компрессор спиральный danfoss performer sm185s4rc
2. НЕУСТОЙЧИВАЯ РАБОТА КОМПРЕССОРА.
Различают две формы неустойчивой работы компрессора: вращающийся срыв и помпаж.
Вращающийся срыв может возникнуть как на первых, так и на последних ступенях.
Видео:Работа винтового компрессора, его принцип действия и устройство.Скачать
На первых ступенях из-за большой высоты и крутки лопаток образуется несколько зон срыва, охватывающих периферийные части лопаток.
 |
На последних ступенях лопатки имеют малые высоты. Поэтому срыв, появляется первоначально на одной или нескольких лопатках, практически мгновенно охватывает их по всей высоте и распространяется приблизительно на половину окружности. В обоих случаях зоны срыва вращаются, что объясняется следующим образом.
Зона срыва оказывает дросселирующее воздействие на поток и перед ней образуется зона заторможенного воздуха. Поэтому набегающий поток, растекаясь в обе стороны, уменьшает углы атаки на впереди идущих лопатках (лопатки 1,2.) и увеличивает на последующих (лопатки 4,5.). В результате зона срыва перемещается на сзади идущие лопатки, вращаясь относительно корпуса компрессора в ту же сторону, что и РК, но с меньшей скоростью. Появление зоны срыва приводит к значительному ухудшению параметров потока и их высокочастотным (несколько десятков герц) колебаниям. Амплитуда этих колебаний незначительна (≈5%), а частота f≈50..150Гц.
Появление срыва сопровождается хлопком, интенсивность которого зависит от места появления срыва (более слабый — на первых ступенях) и от высоты полета (более сильный — на малых высотах).
Хотя при появлении вращающегося срыва компрессор в целом может работать устойчиво с пониженными значениями π*К и Gb, возникновение срывных зон приводит к вибрации лопаток. Напряжения, возникающие при этом, могут приводить к их разрушению.
Если вращающийся срыв возник на последних ступенях, в жаровых трубах камеры сгорания, оказывающихся в различные моменты времени за зонами срыва, происходит погасание пламени из-за переобогащения топливовоздушной смеси. В случае, если скорость распространения пламени меньше скорости вращения зон срыва, происходит погасание пламени и самовыключение двигателя. Если пламя успевает восстановиться, то может недопустимо возрасти Т * г.
Самовыключение двигателя более вероятно на больших высотах, где из-за малых Р*к и Т*К скорость распространения пламени сравнительно мала. Вращающийся срыв в эксплуатации недопустим.
При определенных условиях вращающийся срыв на последних ступенях может привести к другой форме неустойчивой работы компрессора — помпажу.
В этом случае срыв за доли секунды распространяется на предыдущие ступени вследствие дросселирующего воздействия на поток срывной зоны. Расход воздуха через зону срыва уменьшается, и давление за ней снижается, т. к. лопатки, попавшие в зону срыва; сжимают воздух неэффективно. При этом воздух, растекаясь в обе стороны, увеличивает расход воздуха через зону с нормальным течением. Эта зона оказывается не в состоянии пропустить повысившегося расхода воздуха и воздух из закомпрессорной емкости выбрасывается через зону срыва на вход навстречу потоку (эффект открытия дроссельной заслонки). В результате пропускная способность закомпрессорной емкости возрастает (хотя Fдр = const), расход воздуха увеличивается и на некоторое время восстанавливается нормальное течение. Но поскольку Fдр = const , происходит наполнение закомпрессорной емкости, вновь повышается давление и вновь достигается граница устойчивой работы (эффект закрытия дроссельной заслонки). Снова образуется срывная зона, выброс воздуха навстречу потоку — цикл повторяется.
 |
ПОМПАЖ компрессора — это и есть циклический переход режима компрессора с устойчивого на неустойчивый и обратно, характеризующийся циклическим изменением Рк* и Gb большой амплитуды (до 30%) и малой частоты (5. 15 Гц).
Читайте также: Масло для компрессора кондиционера дэу нексия
Видео:Как выбрать компрессор?Скачать
Уменьшение расхода воздуха при помпаже приводит к резкому росту Тг*. Переобогащение топливовоздушной смеси в отдельных случаях может вызывать погасание пламени в камере сгорания.
На режиме помпажа резко возрастает потребляемая мощность для привода ротора компрессора ΝК потр из-за сильного уменьшения η * к .При помпаже двигателя особенно компрессор подвергается значительным механическим перегрузкам, приводящим к разрушениям элементов двигателя. Помпаж в эксплуатации недопустим.
ВЫВОД: таким образом, неустойчивая работа компрессора, которая возникает на nпр, соответствующих т.т. Η и В, должна быть предотвращена.
Для недопущения верхнего срыва ограничивают максимальную частоту вращения ротора – nпр макс
Характеристика компрессора. Граница устойчивой работы. Помпаж.
В условиях эксплуатации высота, скорость полета и частота вращения изменяются в широких пределах, что становится причиной значительного изменения 
, 
, 
и т.д., а в некоторых случаях — появления неустойчивости в его работе. Поэтому возникает необходимость в определении указанных параметров и в проверке устойчивости работы компрессора на нерасчетных режимах. При этом для выбора рациональных условий работы компрессора в системе двигателя, для определения влияния различных условий эксплуатации на основные параметры, на устойчивость работы компрессора и т.п. необходимо располагать данными о всей совокупности нерасчетных режимов работы компрессора, которые могут встретиться при эксплуатации двигателя. Это относится как к компрессору в целом, так и к его каскадам. В дальнейшем в данной главе под термином ²компрессор² будет подразумеваться однокаскадный компрессор или отдельный каскад.
Зависимости, показывающие, как изменяются основные параметры компрессора (степень повышения давления и КПД ) при изменении частоты вращения n, расхода воздуха и условий на входе в него, называются характеристикой компрессора.
Характеристика компрессора может быть получена либо расчетным путем, либо экспериментально. Взаимодействие лопаточных венцов и ступеней в многоступенчатом компрессоре на нерасчетных режимах работы носит весьма сложный характер. Поэтому точность расчетных методов определения характеристик компрессоров в настоящее время, несмотря на использование ЭВМ, еще не всегда отвечает потребностям практики и наиболее надежным способом получения характеристик является определение их в процессе испытания компрессоров на специальных стендах. Простейшая схема подобного стенда показана на рис. 5.1. 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 определения расхода воздуха путем измерения разности между полным и статическим давлением в коллекторе.
Из компрессора воздух поступает в ресивер 3, за которым находится дроссельная заслонка 6. имитирующая сопротивление газового тракта двигателя. Надлежащим изменением мощности электродвигателя и положения дроссельной заслонки можно устанавливать на испытуемом компрессоре режимы с различными значениями частоты вращения п и расхода воздуха . Стенд оснащается измерительной аппаратурой, позволяющей в процессе испытаний определять, помимо расхода воздуха и частоты вращения, также значения полных давлений и температур воздуха на входе и выходе — 
. По этим величинам могут .быть определены значения степени повышения давления и КПД . Более подробные сведения о методах испытаний компрессоров излагаются в специальной литературе.
По данным испытаний компрессора на подобном стенде строится его характеристика в виде зависимости степень повышения давления и КПД от расхода воздуха при нескольких значениях частоты вращения n и при имевших место в процессе испытаний значениях 
и 
, как показано на рис. 5.2.
Видео:Как сломать компрессор по глупости. Холодный пуск(cold start)Скачать
Рассмотрим характер изменения по в зависимости от положения дросселя на выходе из компрессора сперва при расчетной (для данной ) частоте вращения п = 100% (см. рис. 5.2). Пусть при этой частоте вращения и при некотором среднем положении дросселя 6 (см. рис. 5.1) режим работы компрессора соответствует расчетному и отмечен на рис 5.2 точкой р. При прикрытии дросселя расход воздуха (вследствие уменьшения проходного сечения дросселя) падает. Соответственно уменьшается и осевая скорость потока воздуха в ступенях компрессора. Но при неизменной частоте вращения и соответственно неизменной окружной скорости рабочих лопаток это приведет к увеличению углов атаки на лопатках рабочих колес (см. рис. 3.9) и, следовательно, к росту усилий, необходимых для их вращения. В результате работа, затрачиваемая на вращение компрессора и передаваемая проходящему через него воздуху, возрастет, что приведет к росту работы сжатия воздуха, т.е. . Таким образом, прикрытие дросселя приведет к уменьшению и к возрастанию . При дальнейшем прикрытии дросселя это будет продолжаться до тех пор, пока режим компрессора не переместится в соответствующий точке г, после чего работа компрессора становится неустойчивой (см. ниже). Точка гявляется границей устойчивой работы компрессора при данной частоте вращения.
Читайте также: Регулирование производительности винтовых компрессоров bitzer
Диапазон частот вращения (от 60% до 110% расчетного значения), для которого приведены на рис. 5.2 напорные кривые и линии 
, охватывает основную часть эксплуатационных режимов компрессора авиационного ГТД. Линия г-г, соединяющая здесь точки, соответствующие границе устойчивой работы на каждой напорной кривой, — граница устойчивых режимов работы (ГУР) компрессора. Линия з-з, соединяющая точки, соответствующие режимам запирания компрессора по выходу при различных п — граница «запирания» компрессора по выходу, а линия в-в — линия «запирания» компрессора по входу(при пониженных значениях n запирание по выходу достигается раньше, чем по входу). Линия о-о, соединяющая точки на напорных кривых, в которых при каждом значении п достигается максимальная величина ,носит название линии оптимальных режимов.
Помпажом осевых компрессоров принято называть явления автоколебаний малой частоты (порядка нескольких герц) всей массы рабочего тела в системе компрессор-сеть. Колебания по своей форме могут быть близкими к гармоническим. В режиме помпажа поток рабочего тела в пределах проточной части осевого компрессора может иметь самые различные формы движения, хотя наиболее характерными являются обратные токи [13].
Помпаж как таковой возникает при срыве потока на лопатках компрессора под влиянием больших положительных углов атаки. Например, если при неизменной частоте вращения увеличивать давление в нагнетательном патрубке, то прежде всего в последней ступени компрессора будет снижаться коэффициент расхода. При этом углы атаки на лопатках будут возрастать и в некоторый момент времени в последней ступени произойдет срыв потока и уменьшится напор компрессора.
Уменьшение напора должно восполниться за счет работы прежде всего предпоследней ступени. Но предпоследняя ступень сама уже работает вблизи неустойчивой зоны. Она не может обеспечить двойную нагрузку. Поэтому срыв потока произойдет и предпоследней ступени тоже. Поток воздуха устремится из нагнетательной линии в сторону всасывающей, что приведет к падению давления в нагнетательной камере. В какой-то момент времени давление в нагнетательной линии упадет настолько, что, вращаясь, ступени компрессора будут в состоянии вновь нагнетать воздух и поток вновь изменит направление своего движения. Таким образом, будут возникать колебания воздуха, вихри, различные направления движения воздуха в пределах проточной части компрессора.
Помпажные явления в осевом компрессоре могут охватить компрессор в целом и проявляться в виде периодического изменения давления воздуха на линии нагнетания, температуры воздуха, частоты вращения, а также повышенной вибрации агрегата и шума.
Меры борьбы с помпажом можно условно разделить на две группы. К первой группе относятся мероприятия, применяемые при проектировании компрессоров с целью увеличения его рабочей зоны (dpк/dG
- Свежие записи
- Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
- Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
- Какие моторы бывают у стиральных машин
- Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
- Как снять стопорную шайбу с вала
🎥 Видео
Как работает центробежный газовый компрессорСкачать
Принцип работы винтового компрессораСкачать
Лекция 3 Основы рабочего процесса ВРД. Часть 1 Работа ступени осевого компрессораСкачать
Как правильно обслужить компрессор?Скачать
Ремонт винтовых компрессоров. Восстановление заводского покрытия с помощью MODENGY 1007 #shortsСкачать
Виды и принцип работы сепаратора для винтового компрессораСкачать
Как настроить КОМПРЕССОР правильноСкачать
Принцип работы компрессора ВВ 3,5/10Скачать
Вагнеровцы после обороны Бахмута #shortsСкачать
Периодическое техническое обслуживание - залог долговечной работы воздушного компрессора!Скачать
Как проходит пусконаладка винтового компрессора? │︎ Пусконаладочные работы компрессораСкачать
Какой компрессор лучше? Что нужно знать о компрессоре для гаража? Какой компрессор для покраски автоСкачать
Компрессоры от 50 до 500л 🔥Скачать
Рассказ о компрессореСкачать
Как выбрать компрессор для гаража или строительства?Скачать
