Вопрос 4. Характеристики компрессоров. Запас газодинамической устойчивости.

1.Низко - напорные (πк<5)

2.Средне - напорные (5<πк<8)

3 .Высоко - напорные (πк>8)

В.Н.К.- высоко напорный компрессор

С.Н.К. - средне напорный компрессор

Н.Н.К. - низконапорный компрессор

Р.Р.(рабочий режим) - геом. место тч. Каждая из которых является решением системы уравнений описывающей рабочий процесс в двигателе.

∆Ky – запас до границы помпажа

Любая точка на характеристике компрессора лежащая на линии рабочих режимов должна достаточно далеко отстоять от границы устойчивой работы (границы помпажа) т. е. Иметь необходимый запас устойчивой работы.

Д ля этого вводится коэффициент запаса устойчивости:

Наличие ∆Ky наблюдается в области маленьких оборотов, связано с помпажом и срывом вращающийся.

Явление вращающегося срыва приводит к падению напора ступени и возникновению вибраций.

Помпаж — продольные автоколебания потока во всем газо-воздушном тракте, возникающее в результате потерь динамической устойчивости.

При снижении расхода воздуха через компрессор снижается осевая составляющая скорости (С1а) при постоянной окружной скорости Δ скоростей деформируется так что появляются положительные углы атаки. При достижения угла атаки (i) > критического угла происходит срыв потока c выпуклой части лопатки.

О днако как показывают наблюдения срыв наступает не во всех лопатках что связано с асимметрией потока по окружности и с производственными дефектами при изготовлении.

В тех каналах где срыв не произошел расход, напор, Пк оказывается существенно > чем в соседних каналах со срывом, в итоге воздух пройдя каналы без срыва получает большее приращение давления и устремляется в зоны где давление ниже.

Н а лопатках справа от канала со срывом углы атаки возрастают в сторону положительных и там начинается срыв потока, а на лопатках слева углы атаки уменьшаются где срыв начался и он исчезает. Таким образом зона срыва вращается вместе с колесом тем самым образуя вращающейся срыв. Угловая скорость вращающегося срыва составляет 0,5-0,7 от угловой скорости ротора.

Составляющие газодинамической устойчивости. (∆Ky)

1) 2-3% для всех двигателей (возникает из-за допусков при изготовлении)

2. 1-2% турбовальные 0% ГТД смещение границы помпожа в сторону линии раб.режим. в следствии неравномерности поля скоростей и давлений на входе в двигатель.

3. Из-за подогрева воздуха на вх. в компрессор ТВЛД 1-2% ГТД 0%

4. ТВЛД 3% ТРД0% на больших высотах двигатель выходит из зоны автомодельности

5. если не ругулируемый компрессор = 0% ТВЛД 2% ТРД 0%

6. быстрота изменения режима min->max, уменьшение запаса будет больше чем выше разгон двигателя, ТВЛД 5-4%, ГТД-1%

7. 2-20% для всех

8. одновальные двигатели 1% ГТД ТВЛД 0%

9. ТВЛД 3% ГТД 1% иные неизвестные факторы

10. ТВЛД 2% ГТД 1% износ, в процессе работы ухудшаются параметры двигателя, возрастают потери.

11. на всех 3%

ТВЛД ГТД=6-11%

Вопрос 5. Регулирование компрессора.

Расчетный режим компрессора – режим, на котором работа компрессора соответствует номинальной частоте вращения . Он является единственным режимом, для которого производится газодинамический расчет компрессора при международных стандартных атмосферных условиях и определяются все основные геометрические размеры каждой ступени и все остальные параметры, т.е. лопаточный аппарат соответственно. На практике компрессор большую часть времени работает на нерасчетном режиме, изменяются: скоростей, характер течения в пограничном слое. Нерасчетный режим на отдельных ступенях многоступенчатого компрессора проявляется по-разному.

Нерасчетный режим:

Уравнение расхода для 1-й и последней ступени:

- условие неразрывности течения потока в компрессоре.

Из условия следует, что изменение обязательно должно сопровождаться изменением скорости на входе в 1-ю и последнюю ступень, а соответственно и расхода.

Чем больше расчетного режима, тем более значительным будет изменение отношения .

При уменьшении частоты вращения ротора, происходит уменьшение , соответственно увеличение .,

При общем уменьшении осевых скоростей, это возможно в случае более медленного снижения по сравнению с . При одинаковом снижении окружных скоростей U в ступенях, такое изменение и приведет к тому, что коэф. расхода на последней ступени возрастет, а на 1-й уменьшится. Снижение на 1-й ступени приведет к увеличению положительных углов атаки, а как следствие к помпажу, в последней ступени такое изменение режима работы приведет к увелечению отрицательных углов атаки, что уменьшает напорность, КПД. В предельном случае приведет к запиранию компрессора.

Вышесказанное показывают треугольники скоростей.

При увеличении частоты вращения картина обтекания решеток будет прямо-противоположна. Средние ступени оказываются наиболее устойчивыми к изменению режима работы компрессора, следовательно в них коэф. расхода изменяется мало.

В связи с этим есть необходимость регулирования компрессора для обеспечения достаточных запасов устойчивости.

1-й способ регулирования.

ДВУХКАСКАДНОСТЬ.

Метод хорош для высоконапорных компрессоров (высокие ), расширяет диапазон , в пределах которого компрессор будет устойчиво работать без применения специальных систем регулирования.

Нам необходимо для устойчивой работы, чтобы 1-я ступень имела бы меньшую частоту вращения, тогда коэф. расхода возрос бы, следовательно, последняя ступень должна иметь большую частоту вращения, следовательно уменьшить.

В 2-х каскадных компрессорах 2-й каскад имеет большую частоту вращения n, что само собой уменьшает .

Благодаря относительному росту оборотов каскада высокого давления и уменьшения оборотов каскада низкого давления углы атаки на последних ступенях увеличиваются, на 1-х – уменьшаются, приближаясь к расчетным. Но при переходе на пониженные расходы в 2-х вальном компрессоре автоматически уменьшается быстее каскада высокого давления (ВД). Происходит «Скольжение роторов». Это объясняется тем, что на 1-й ступени уменьшается , следовательно увеличиваются углы атаки i, а на последней степени увеличивается, следовательно i уменьшаются. В результате мощность потребная для вращения 1-го каскада растет, а N, необходимая для вращения 2-го каскада уменьшается. Следовательно частота вращения 1-го каскада уменьшается быстрее чем 2-го.