6.4. Регулирование компрессоров.
Регулирование осевого компрессора применяется для обеспечения его устойчивой работы и высоких значений к на всех рабочих режимах двигателя. В рассмотренных нами случаях первопричиной помпажа и помпажного срыва является возникновение и развитие срыва потока со спинок лопаток компрессора. Поэтому основным способом предотвращения неустойчивой работы (регулирования) компрессора в различных условиях эксплуатации является уменьшение углов атаки в тех ступенях, где они оказываются близкими к критическим.
Основными способами регулирования являются:
— перепуск части воздуха из средних ступеней в атмосферу;
— поворот лопаток направляющих аппаратов одной или нескольких первых, а иногда и последних ступеней;
ПЕРЕПУСК ВОЗДУХА ИЗ СРЕДНИХ СТУПЕНЕЙ
Этот способ регулирования средне- и высоконапорных компрессоров применяется, как правило, для предотвращения нижнего помпажа или срыва при запуске, работе ГТД на пониженных режимах.
Схема осевого компрессора с перепуском воздуха изображена на рис.2.15. Перепуск происходит через специальные окна, равномерно расположенные по окружности компрессора. Управление перепуском осуществляется с помощью специальных лент или клапанов, закрывающих окна. Открытие и закрытие окон осуществляется системой автоматического регулирования двигателя.
Как уже отмечалось, при уменьшении частоты вращения ниже расчетной углы атаки потока на первых ступенях значительно возрастают и на них возникает срыв потока, который может привести к нижнему помпажному срыву или помпажу компрессора. На последних ступенях углы атаки потока уменьшаются, что приводит к уменьшению напорности и КПД этих ступеней.
На рис.6.16 сплошной линией показаны треугольники скоростей на первых и последних ступенях при пониженной частоте вращения ротора.
Открытие окон перепуска при n<nрасч приводит к увеличению расхода воздуха и осевой скорости через первые ступени (GВ.1↑, С1↑), окружная скорость при этом изменится на небольшую величину, потому можно приближенно принять u=const. С учетом сказанного треугольник скоростей на первой ступени при открытых окнах перепуска изменится и будет выглядеть так, как это показано на рис.6.16 пунктирными линиями. Как видно из рисунка 15, угол атаки лопаток РК 1-й ступени при открытых окнах перепуска уменьшиться. В последних ступенях при открытых окнах перепуска происходят обратные процессы: осевые скорости уменьшаются (СZ↓), углы атаки увеличиваются.
При открытых окнах перепуска происходит выход в атмосферу части воздуха сжатого в первых ступенях, поэтому происходит снижение мощности двигателя. Поэтому применение этого способа возможно только при запуске двигателя и на режиме работы «малый газ», когда величина мощности двигателя не регламентирована. При работе двигателя на режиме выше малого газа окна перепуска должны быть закрытыми.
Рис.6.16. Регулирование осевого компрессора перепуском части воздуха из средних ступеней в атмосферу при n<nрасч.:
— треугольник скоростей при закрытых окнах перепуска воздуха
---- треугольник скоростей при открытых окнах перепуска воздуха
ПОВОРОТ ЛОПАТОК НАПРАВЛЯЮЩИХ АППАРАТОВ
Поворот лопаток НА позволяет изменять углы атаки потока на лопатки рабочих колес и поддерживать их близкими к расчетным углам при отклонении режима работы двигателя от расчетного. Наибольший эффект от такого способа регулирования компрессора может быть достигнут при одновременном регулировании первых и последних ступеней. Средние ступени практически не требуют регулирования, так как углы атаки у них изменяются незначительно.
Как уже отмечалось, при уменьшении частоты вращения по сравнению с расчетной (n<nрасч) углы атаки потока на первых ступенях возрастают, что может привести к нижнему срыву или помпажу, а на последних—углы атаки уменьшаются, что приводит к снижению напорности этих ступеней. В целях предотвращения такого рассогласования в работе первых и последних ступеней необходимо лопатки НА первых ступеней повернуть на прикрытие, а последних — на открытие.
На рис.6.15 сплошными линиями показан треугольник скоростей первой ступени компрессора при больших углах атаки, а штриховыми — после поворота лопаток НА на прикрытие.
Рис.6.17. Поворот лопаток ВНА для исключения отрыва потока на лопатках РК первой ступени:
— исходный треугольник скоростей (при отсутствии поворота лопаток ВНА);
--- треугольник скоростей после поворота лопаток ВНА на угол ϕНА