- •Часть 3
- •Многоступенчатые компрессоры Основные параметры многоступенчатого компрессора и связь их с параметрами ступеней
- •Формы проточной части и изменение осевой скорости по тракту осевого компрессора
- •Распределение работы сжатия между ступенями компрессора
- •Общие представления о характеристиках компрессоров
- •Применение теории подобия к течению рабочего тела в компрессоре
- •Изображение характеристик компрессора в параметрах подобия
- •Характеристики ступени компрессора
- •Срывные и неустойчивые режимы работы ступени
- •Характеристики нерегулируемых многоступенчатых компрессоров
- •Срывные и неустойчивые режимы работы многоступенчатых компрессоров
- •Рассмотрим динамический процесс характеристики компрессора в сети.
- •Рабочие режимы и запас устойчивости компрессора в системе гтд
- •Влияние условий эксплуатаций на характеристики компрессоров
Рассмотрим динамический процесс характеристики компрессора в сети.
В момент работы компрессора в точке А при незначительном уменьшении Gк по сравнению с GA давление рк резко падает вследствие развития срывных явлений в компрессоре. В то же время давление в ресивере будет падать по мере расходования воздуха через дроссель.
Поэтому давление рк становиться меньше рс , и возникший перепад приводит к резкому торможению потока воздуха, выходящего из компрессора, т.е. к резкому уменьшению Gк .
В результате процесс изменения давления в ресивере рс в функции Gк изобразится на рис. 39 линией А – 1, которая пересечёт характеристику компрессора при некотором расходе G1 .
При достаточно большой ёмкости ресивера расход G1 может быть значительно меньше расхода на установившемся режиме GБ и может лежать даже в области отрицательных расходов.
Поэтому, хотя в точке 1 процесс уменьшения Gк прекращается (так как здесь рс = рк), давление в ресивере продолжает падать, т.к. расход воздуха через дроссель при этом давлении соответствует точке 1’ , т.е. существенно превышает поступление воздуха из компрессора.
В результате давление в ресивере вскоре оказывается меньше рк , что приводит к увеличению расхода воздуха через компрессор.
В момент, изображаемый точкой 2 , Gк становится равным Gс , и падение рс прекращается.
Но т.к. здесь по-прежнему рс < рк . то расход воздуха через компрессор продолжает расти до тех пор, пока в точке 3 не восстановится равенство рс и рк .
Но в этой точке расход воздуха через компрессор значительно больше, чем расход через дроссель, соответствующий точке 3'.
Поэтому далее происходит увеличение рс за счёт накопления воздуха в ресивере (до момента 4) при одновременном уменьшении Gк (до момента 5) и т.д..
Таким образом, в системе, состоящей из компрессора и сети, в указанных условиях возникают автоколебания, в процессе которых режим работы компрессора периодически переходит с нормальной на срывную ветвь характеристики и обратно. Внешне это проявляется в виде серии «хлопков» или гула низкого тона, частота и интенсивность которых зависят от размеров системы и от режима работы компрессора.
Исследования показывают, что первопричиной помпажа является возникновение и развитие срыва потока с лопаток компрессора. Поэтому основным способом борьбы с неустойчивой работай компрессора в различных условиях эксплуатации является уменьшение углов атаки в тех ступенях или той части лопаток, где эти углы оказываются слишком близкими к критическим.
Рабочие режимы и запас устойчивости компрессора в системе гтд
Работа компрессора в системе ГТД занимает некоторую область в поле характеристики компрессора – область рабочих режимов. Значения и Gв.пр , соответствующие какому-либо конкретному рабочему режиму, изображаются на характеристики компрессора рабочей точкой.
Важное значение в теории ГТД имеют точки, соответствующие режимам работы двигателя, т.е. постоянным во времени значениям частоты вращения, подачи топлива и других параметров и факторов, которые могут влиять на работу элементов двигателя.
Для большинства схем авиационных ГТД каждому значению приведённой частоты вращения на установившихся режимах соответствует только одна рабочая точка. Соединив такие рабочие точки , относящиеся к различным значениям , получим рабочую линию (линию рабочих режимов)
Форма и расположение рабочей линии в поле характеристики компрессора зависят от расчётных параметров компрессора, типа двигателя и условия (закона) его регулирования. На рис. 40 показано типичное расположение рабочей линии на характеристике нерегулируемого компрессора, работающего в системе одновального ТРД.
Рис. 40
Мы видим, что рабочая линия пересекает границу устойчивой работы компрессора в двух точках н и в. Первая из них лежит в области значений ,меньших расчётного, и поэтому соответствующее ей нарушение устойчивой работы компрессора (при = н) называется «нижним срывом».
Неустойчивая работа компрессора в системе двигателя, возникающая при увеличении до в , называется «верхним срывом».
Нарушение устойчивости работы компрессора ГТД является одним из наиболее опасных отказов авиационной силовой установки. Поэтому в эксплуатации работы двигателя на режимах вблизи границы устойчивости считается недопустимой.
Количественную оценку запаса устойчивости компрессора при каждом значении принято производить по соотношению значений и Gв.пр в рабочей точке и на границе устойчивости.
Если раб и Gв.пр.раб есть степень повышения давления и приведённый расход воздуха в рабочей точке, а .г и Gв.пр.г – то же на границе устойчивости при том же значении , то отношение
(31)
называется коэффициентом устойчивости компрессора, а
(32)
называется запасом устойчивости.
Если напорная линия на характеристике компрессора при данном близка к вертикали, то Gв.пр.раб ≈ Gв.пр.г и , т.е. значение Ку (или ΔКу) характеризует запас устойчивости по .
Если напорная линия близка к горизонтали, то соответственно эти величины характеризуют запас устойчивости по расходу.
В общем случае значения Ку или ΔКу характеризуют запас устойчивости как по .г , так и по Gв.пр..
При расчётном значении запас устойчивости компрессора в авиационных ГТД на рабочей линии равен 10 – 20% . При отклонении от расчётного значения приведённой частоты вращения запас устойчивости в одноконтурных ТРД с нерегулируемым компрессором на установившихся режимах изменяется примерно так, как показано на рис. 41
Рис. 41. 1 – с высоким .р ; 2 – с низким .р
Отсюда следует, что в двигателе с нерегулируемым компрессором, имеющим высокое значение . , допустимые в эксплуатации не должны выходить за пределы диапазона между max и min , соответствующим минимально допустимым запасам устойчивости в области повышенных и пониженных .
Для предотвращения неустойчивости работы двигателя при высоких необходимо, чтобы значение max было выше, чем самое высокое значение , которое может встретиться в эксплуатации. Если это условие не выполняется, то приходится вводить ограничение максимально допустимого значения с помощью автоматических устройств, либо в инструкции по эксплуатации двигателя.
Исключить в эксплуатации режимы, лежащие в области < min ,нельзя, так как они должны неизбежно использоваться в процессе записка двигателя и выхода его на основные эксплуатационные режимы.
Лекция № 7