13.6 Неустойчивые режимы работы многоступенчатого компрессора. Помпаж в осевом компрессоре

При повышении сопротивления сети на расчетном режиме ( ) или снижения расхода критические углы атаки будут достигнуты прежде всего в последних ступенях. Возникший в последних ступенях срыв потока распространяется на всю проточную часть компрессора и вызывает помпаж. Причиной помпажа на расчетном режиме может являться наличие радиальной или окружной неравномерности на входе в компрессор. Эта неравномерность может быть следствием неотработанных входных патрубков, расположенных в них стоек или ребер, различных переходных каналов и т.п.

При первые ступени работают с повышенными углами атаки, а последние с пониженными. При малых возникающий срыв часто не нарушает устойчивой работы компрессора в целом, но дальнейшее снижение расхода может привести к помпажу компрессора.

Помпаж - это колебательный процесс в системе компрессор-сеть, условно делящийся на несколько относительно устойчивых периодов. К первому периоду можно отнести развитие срыва потока при больших углах атаки и связанные с этим факторы. При понижении расхода срывные области распространяются вдоль лопаток - это второй период. В третий период в ступени преобладают обратные токи. Во время четвертого периода ступень "подхватывает" поток и сжимает его, при этом давление за ступенью восстанавливается до исходного, после чего опять наступает срыв потока и процесс повторяется до тех пор, пока не будет устранена причина помпажа. Продолжительность периодов, частота колебаний при помпаже зависят от нагнетательного трубопровода: чем больше объем камеры за компрессором и меньше абсолютное давление в ней, тем меньше частота колебаний. Помпаж сопровождается шумовым эффектом и сильной вибрацией всех элементов конструкции и тракта.

С читают, что границей помпажа является точка (линия) на характеристике (семействе характеристик), при переходе через которую в область меньших расходов в проточной части возникают заметные колебания параметров потока, появляется вибрация.

На рисунке показана характеристика многоступенчатого осевого компрессора с выделенными зонами устойчивости работы. В зоне I при уменьшении расхода срыв возникает в последних ступенях. Здесь характеристика претерпевает разрыв вне границы устойчивости. В зоне II нарушение устойчивости происходит в первых или средних ступенях, в дальнейшем распространяется на весь компрессор. В этой зоне за границей устойчивости характеристика также претерпевает разрыв. В зоне III при наличии вращающегося срыва в первых ступенях компрессор в целом работает устойчиво. Разрыв характеристики в этой зоне отсутствует. Вследствие этого граница устойчивой работы имеет S образную форму.

Запас по устойчивости компрессора во всем диапазоне режимов определяется рабочей линией, под которой понимается совокупность установившихся режимов. Для определения степени устойчивости вводят следующие характеристики: коэффициент устойчивости: ; запас устойчивости: .