59. Вращающийся срыв в компрессорах, надроторные устройства.

Срывные и неустойчивые режимы работы компрессора

На рис. 6.15 сплошными линиями показаны треугольники скоростей на пониженном режиме. Видно, что при переходе от исходного к пониженному режиму углы атаки на входе в первую ступень увеличиваются, а на входе в последнюю ступень умень­шаются. На входе в среднюю ступень углы атаки практически не изменяются. Иными словами, при снижении частоты вращения ротора первые ступени нагружаются, а последние разгружаются по углам атаки.

При увеличении частоты вращения картина будет обратной:­ разгружаются передние и нагружаются задние ступени. Та­кой характер изменения режима обтекания лопаточных венцов обусловливает и особенности возникновения и развития срывных течений в многоступенчатых компрессорах.

При высоких частотах вращения значительное дроссели­рование приводит к появлению критических углов атаки в по­следних ступенях и при дальнейшем дросселировании - к срыву потока в этих ступенях. Возникновение срыва в одной из по­следних ступеней сопровождается образованием срывной зоны значительных размеров вследствие больших относительных диаметров втулок (d_вm = 0,7...0,85 и более), при которых тре­угольники скоростей почти не изменяются по высоте лопатки и углы атаки достигают критических значений сразу по всей её высоте.

Срывная зона создает сильный дросселирующий эффект, который приводит к распространению срыва на все остальные ступени. В результате образуется мощная срывная зона, прони­зывающая все ступени и охватывающая в отдельных случаях около половины окружности. Вращается срывная зона с относи­тельной угловой скоростью ω = 0,1...0,4, где ω = ω/Ω; со - угло­вая скорость вращения срывной зоны; Ω - угловая скорость вращения ротора компрессора.

Через срывную зону (как через своеобразную “газодина­мическую трубу”) происходит выброс сжатого и нагретого воз­духа с выхода на вход в компрессор.

П ри пониженных частотах вращения срывные явления разви­ваются следующим образом. Дросселирование компрессора приводит к появлению критически углов ата­ки на первых ступенях. Поскольку они имеют относительно длинные лопатки или, по-другому, малые относительные диаметры втулок ( d_m = 0,3...0,6), то на критических углах атаки срывные зоны первоначально имеют небольшие размеры, захватывающие часть высоты лопаток первых ступеней, что не нарушает устой­чивую работу всего компрессора. Такая картина определяется значительными отличиями треугольников скоростей по высоте лопаток. Дальнейшее дросселирование приводит к развитию срывной зоны, увеличению углов атаки в нескольких ступенях и к одновременному срыву потока во всем компрессоре.

Таким образом, на характеристике компрессора можно выделить три диапазона частот вращения, в каждом из которых срыв потока в компрессоре определяется первоначальным (ини­циирующим) срывом в различных группах ступеней (рис. 6.16).

В первом диапазоне граница устойчивости определяется срывом потока в последних ступенях.

Во втором диапазоне нарушение устойчивости вызывает­ся срывом в одной из первых или средних ступеней.

В третьем диапазоне срыв возникает в первых ступенях, причем вначале (в заштрихованной области) компрессор в целом

работает устойчиво. Срыв проявляется в виде повышенных пульсаций потока, особенно за первыми ступенями. Это область вращающегося срыва.