2.2. Помпаж осевых компрессоров

Помпажем осевых компрессоров принято называть периодические колебания малой частоты всей массы рабочего тела (воздуха) в системе компрессор – сеть (колебание давления Р). По своей форме колебания могут быть близкими к гармоническим. Помпажные явления как правило сопровождаются наличием обратных токов всасыва­ния, хотя могут быть самые разнообразные явления. Начало помпажа, как пра­вило, сопровождается резким хлопком и выбросом воздуха во всасывающую линию. Частота пульсаций достаточно жестко связана с емкостью сети и дли­ной трубопроводов. Амплитуда колебаний также зависит от емкости сети и ее демпфирующих и инерционных свойств. Причем зависимость от сети на­столько велика, что один и тот же компрессор при одинаковых режимах по расходу и частоте вращения может работать как с помпажем, так и без него. Изменение емкости сети вызывает отклонение линии помпажа (так линия рабочих режи­мов компрессора и турбины с регенерацией теплоты проходит ближе к линии помпажа, чем без регенеративных схемах). Помпаж возникает при срыве потока под влияни­ем больших положительных углов атаки. При неизменной частоте вращения и увеличения давления на выходе (увеличение π_к) коэффициент расхода снижа­ется больше всего в последней ступени, при этом возрастают углы атаки и в некоторый момент произойдет срыв потока. В связи с тем, что срыв в этом случае возникает вследствие недопустимого повышения давления, то недос­тающий после срыва напор должен восполняться остальными ступенями, причем основная часть напора придется на предпоследнюю ступень, но она работа­ет на грани помпажа и не может принять на себя весь напор последней ступе­ни. Поэтому срыв потока неизбежно распространяется в глубь проточной части, поток рабочего тела устремится в камеру всасывания (в противополож­ном направлении).

После того как во всасывающей камере восстановится давление, компрессор опять будет создавать требуемый напор и опять произойдет срыв потока, следова­тельно, будут происходить быстрые колебания давления. Для прекращения помпажа необходимо изменить режим работы компрессора. При работе с повышенной частотой вращения последние ступени компрессора находятся в особо небла­гоприятных условиях, даже если первые ступени работают нормально. В этом случае зона устойчивых режимов сокращается и при сравнительно неболь­шом повышении давления может произойти срыв потока - помпаж. При рабо­те на помпажной частоте вращения лопатки последних ступеней обтекаются при отрицательных углах атаки. При повышении давления в этом случае вслед­ствие уменьшения расхода осевая скорость уменьшается, а углы атаки возрас­тают, и первая ступень может оказаться в критической зоне. Помпаж возникает в первых ступенях, правда, в этом случае, не наблюдаются резкие колебания, так как величина напора меньше.

При сильно развитом помпаже происходят колебания не только давления и расхода, но и частоты вращения. Это нерасчетный, неустойчивый режим ра­боты, так как в этом случае может произойти механическое разрушение про­точной части.

При рассмотрении характеристики осевого компрессора (его части) устой­чивый режим работы нарушается в области максимума расхода с небольшими отклонениями.

Для борьбы с помпажем применяют следующие мероприятия:

1. Конструктивные: малые окружные скорости, увеличение густоты решетки направляющего аппарата, изготовление лопаток с большими радиусами скругления и большей относительной толщиной.

2. Эксплуатационные: регулирование работы ОК (изменение расхода) поворо­том лопаток направляющего аппарата (коберра 182), вдувание воздуха в поток рабочего тела через щели в профиле лопаток, перепуск воздуха.

Наименее экономичным, по широко применяемым на КС способом является перепуск - сброс воздуха, для чего предусмотрен противопомпажый клапан (рис. 2.5).

Для со­хранения устойчивой работы компрессора при приближении его к линии помпажа часть воздуха ΔG сбрасывается из компрессора в атмосферу, и тем самым обеспечи­вается производительность компрессора, достаточная для сохранения устойчивого режи­ма работы (рис 2.6).

В компрессорах с высокими значениями π_к противопомпажный сброс может осуществляться и из промежуточных ступеней при превышении допустимого давления. На КС МГ подобные явления возникают,

Рис. 2.5. Установка противопомпажного клапана.

к

π_к

ΔG

ак правило, в осенне-ве­сенние периоды эксплуатации во время оттепелей, снегопадов, туманов, когда происходит обмерзание входной части ОК (повышенная влажность). Обычно помпаж возникает в том случае, когда происходит отрыв льда, инея, снега и попадание их в проточную часть, что приводит к разрыву потока и изменению давления.

Д

G_В

Рис.2.6. Область работы

противопомпажного

клапана.

Gπ

ля предотвращения помпажа в этом случае целесообразно подогревать воздух на входе в ОК или обогревать лопатки компрессора. Это можно осуще­ствить или предварительным подогревом воздуха продуктами сгорания или отбором части воздуха из последних ступеней компрессора. Однако это приводит, в конечном итоге к снижению мощности и экономичности ГТУ.

Разработка эффективных методов борьбы с помпажем является важной и актуальной задачей и требует своего решения, особенно для северных районов страны.

Контрольные вопросы.

1. Перечислите методы получения характеристик осевых компрессоров.

2. Какими соотношениями определяется согласование параметров турбомашин ГТУ?

3. С какой целью строят совмещенные характеристики турбины и компрессора?

4. Что такое помпаж? Объясните, как происходит это явление в осевых компрессорах.

5. Перечислите известные вам методы борьбы с помпажем осевых компрессоров.