| Описание: | Неустойчивый режим работы компрессора, когда он возникает и чем сопровождается? Основные причины и их анализ. Нормальная и срывная характеристики, чем они обусловлены? Коэффициент запаса устойчивости. Основная формула. Неустойчивый режим работы компрессора (помпаж) может возникнуть при уменьшении объемного расхода воздуха ниже допустимых значений для данных условий. Он сопровождается резкими колебаниями давления воздуха, интенсивной пульсацией его потока, значительным усилением шума, носящим вибрирующий характер, появлением значительных хлопков и ударов, сильной вибрацией и тряской, ростом температуры воздуха перед компрессором, падением его производительности и КПД. Указанные явления имеют прогрессирующий характер и в конечном итоге могут привести к разрушению компрессора. Поэтому его работа в режиме помпажа нежелательна. При нормальном режиме работы компрессора наблюдается слабая пульсация потока воздуха с малой амплитудой и большой частотой. С приближением к границе помпажа эти явления усиливаются и становятся более очерченными. На режиме помпажа наблюдаются резкие колебания давления и скорости потока воздуха с большой амплитудой и малой частотой. При этом величина среднего давления за компрессором резко падает по сравнению с беспомпажным режимом работы. Возникновение помпажа в компрессоре связано с образованием в отдельных элементах его проточной части срывных течений воздуха сильной интенсивности. Установлено, что компрессор при каждой частоте вращения имеет как бы две характеристики: одна соответствует нормальному режиму работы, а вторая - режиму срыва. Во время помпажа работа компрессора носит автоколебательный характер, периодически переходя с характеристики нормального режима на срывную и обратно. В связи с некоторым запаздыванием перехода с характеристики срыва на нормальную процесс возврата идет с несколько большим расходом воздуха, вследствие чего образуется так называемая петля гистерезиса. Наличие двух рабочих характеристик объясняется двумя формами течения воздуха в компрессоре: безотрывной и полного срыва. Срывные течения воздуха в компрессоре обусловлены отклонением его режима работы от оптимального, при этом возможны случаи увеличения и уменьшения расхода воздуха по сравнению с расчетными. С повышением расхода воздуха и данных частотах вращения угол входа потока на лопатки увеличивается, а угол атаки при этом принимает отрицательные значения, вследствие чего происходит переориентация движения потока относительно профилей лопаток. Он начинает набегать на выпуклые части профилей и вызывает срыв потока со стороны вогнутых частей. С понижением расхода воздуха при данных частотах вращения угол входа потока на лопатки, наоборот, уменьшается, а угол атаки принимает большие положительные значения. При этом поток воздуха начинает набегать на вогнутую часть профиля лопатки и вызывает срыв с выпуклой поверхности лопатки, причем в этом случае создаются более благоприятные условия для развития явлений срыва. Указанный выше механизм образования явлений срыва идентичен как для рабочих лопаток, так и для лопаток спрямляющих аппаратов. Однако для разных типов осевых компрессоров развитие срывных явлений имеет свои особенности. Например, у компрессоров с длинными лопатками при малых относительных диаметрах втулок в первый период участки срывов формируются только на части лопатки. С дальнейшим уменьшением расхода воздуха происходит увеличение этих участков. При таком образовании зон срыва напорные характеристики ступени не имеют резких разрывов и поэтому переход с нормальной характеристики на характеристику срыва идет равномерно. При работе компрессоров с короткими лопатками при больших относительных диаметрах втулок уменьшение расхода воздуха вызывает примерно одинаковые изменения угла атаки набегающего потока по всей высоте лопатки. Это приводит к образованию зоны срыва на всей длине лопатки, что объясняет резко выраженный разрыв напорных характеристик. Возникновение зон срыва приводит к уменьшению площади проходных межлопаточных каналов, что вынуждает воздух растекаться по соседним каналам лопаток, работающих в нормальном режиме. Это приводит к изменению у них угла атаки набегающего потока. Справа от зоны срыва углы атаки лопаток уменьшаются, что препятствует распространению срыва в этом направлении. Слева от зоны срыва углы атаки лопаток увеличиваются, тем самым, облегчая распространение срыва. В результате этого зона срыва все время перемещается в сторону, противоположную вращению ротора, со скоростью примерно в два раза меньшей скорости вращения ротора. В абсолютном движении вращение зон срыва представляется по ходу ротора с соответствующим отставанием. При полном переходе на характеристику срыва компрессор снова начинает работать устойчиво, но при значительно меньшем напоре. Переход с одной характеристики на другую происходит скачкообразно. Возникновение помпажа при работе компрессора на характеристиках срыва происходит в зависимости от влияния на его работу взаимосвязанных с ним систем - воздухоподводящих и находящихся за компрессором. Характер их работы в каждом отдельном случае определяет возможность и условия возникновения помпажа. Эксплуатационные причины, вызывающие помпаж компрессоров, можно разделить на четыре группы: искажение аэродинамических качеств проточной части и воздухоподводящих устройств; ненормальная работа антипомпажных устройств; неисправности работы топливо-регулирующей аппаратуры. Первая группа причин связана с изменением геометрии элементов проточной части компрессоров, которые происходят в результате эрозионного воздействия на них твердых частиц, коррозии и загрязнения их солями морской воды и продуктами неполного сгорания отработавших газов. Вторая группа включает изменения геометрии воздухозаборных и входных устройств компрессоров. Это связано с неточным сочленением элементов воздухопроводов, эксплуатационными нарушениями их внутренней облицовки, появлением шероховатостей и выпучиваний, отставания листов обшивки. Возможны случаи затеснения воздухозаборных устройств из-за обмерзания защитных сеток, затягивания внутрь чехлов, разрушения листов их обшивки и др. Третья группа связана с неисправной работой ленты перепуска воздуха из компрессора. Возможны случаи ее обрыва, а также несвоевременного открытия или закрытия из-за неисправной работы центробежного датчика частоты вращения или механизма управления ею. Результатом действия причин четвертой группы является нарушение установленных программ темпа запуска и набора частоты вращения ГТУ. Например, внезапная подача большого количества топлива в камеру сгорания приводит к резкому увеличению сопротивления газовоздушного тракта и искажению характера течения воздуха в компрессоре, и кроме помпажа вызвать пожог лопаток турбины. Для оценки устойчивости компрессора против помпажа используется коэффициент запаса по помпажу или коэффициент запаса устойчивости компрессора против помпажа. Устойчивость компрессора против помпажа определяется месторасположением линии рабочих режимов на его характеристике. Чем ближе она проходит от линии помпажа, тем меньше запас устойчивости при данных конкретных условиях. |
