61. Изменение расхода воздуха через компрессор по частоте вращения. Регулирование компрессора с помощью перепуска воздуха.

ИЗМЕНЕНИЕ ЧИСЛА ОБОРОТОВ

На рис. 9. 1 дана характеристика компрессора с нанесенными на ней прямолинейными характеристиками сети, проходящими через нуле­вую точку (_к* = 1,0; G_ПР = 0). Каждая из линий характеристики сети приблизительно соответствует режимам работы компрессора при определенном положении дросселя в напор­ной магистрали и критическом или сверхкритическом перепаде давлений в нем.

Эти же линии можно рассматривать как линии рабочих режимов компрессора в системе газотурбинного двигателя при критическом и сверхкритическом перепаде в сопловом аппарате. При этом угловой коэффициент каждой линии можно выразить в виде

Если проходные сечения F_B и F_c.a принять постоянными, то каждой линии будет соответствовать определенное отношение Т_г/Т_н*, которое, следовательно, определяет пропускную способность компрессора.

Необходимо одновременно иметь в виду, что сохранение Т_г^*/Т_н^*=const при постоянных значениях F_B, F_с.а и n_пр=var связано с соответ­ствующим изменением сечения реактивного сопла F_c.

Было доказано, что характеристики сети в системе газотур­бинного двигателя, или линия рабочих режимов, может быть также вы­ражена уравнением (8.82), в котором линейная зависимость между _к* и q(_B) не соблюдается (линия а—б на рис. 9. 1). Очевидно, что линии характеристик сети останутся без изменения, если предположить, что переменной величиной в коэффициенте К является проходное сечение соплового аппарата турбины, а следовательно, и отношение F_B/ F_с.а отношение же температур Т_г*/Т_н* будет для всех линий одинаковым. Из рис. 9. 1 следует, что изменение оборотов однозначно определяет режим работы компрессора только при данном значении углового коэффициента К и входящих в чего параметров. Одновременное воздействие числа оборотов и проходных сечений (или Т_г*/Т_н*) позволяет получить любую точку на характеристике компрессора и любой закон изме­нения степени повышения давления в зависимости от приведенного расхода воздуха. В частности, можно получить постоянную степень повышения давления при изменении расхода воздуха и оборотов (линия АОБ). В этом случае необходимо увеличить угловой коэффициент К путем уменьшения проходного сечения соплового аппарата или увеличения Т_г*/Т_н* при уменьшении оборотов, или уменьшая К при увеличении числа оборотов.

Можно также поддерживать постоянный расход воздуха (линия ВОГ) при увеличении или уменьшении оборотов при условии, что режим G_Bпp=const не совпадает с линией, имеющей постоянные приведенные обороты.

При работе компрессора в системе двигателя наиболее часто при­меняется изменение числа оборотов с сохранением постоянных проходных сечений в сопловом аппарате турбины и в реактивном сопле. Интересны также двигатели с изменяемыми проходными сечениями в сопловом аппарате турбины и в реактивном сопле, что позволяет получать более выгодные параметры компрессора на различных режимах работы.

Перепуск воздуха. Перепуск воздуха является одним из наибо­лее простых способов регулирования компрессора. Как видно из рис. 4.32, устойчивая работа ТРД с нерегулируемым компрессором обеспечивается только при п_пр>n_пр.н. При меньших значениях п_пр расход воздуха (газа) через расположенную за компрессором тур­бину на установившихся режимах оказывается меньшим, чем на границе устойчивой работы компрессора. Следовательно, устойчи­вую работу двигателя в этой области можно обеспечить, перепус­тив часть воздуха из проточной части компрессора мимо турбины через специальный клапан (клапан перепуска), управляемый сис­темой автоматического регулирования двигателя. Клапан перепус­ка часто выполняют в виде стальной ленты, закрывающей окна в корпусе компрессора (окна перепуска). В этом случае может ис­пользоваться термин «лента перепуска».

В принципе клапан перепуска может быть расположен за комп­рессором. Однако в этом случае возможности такого регулирова­ния будут ограничены пропускной способностью последних ступе­ней, малые проходные сечения которых являются одной из основ­ных причин ухудшения работы компрессора при низких п_пр. Поэто­му более целесообразным является устройство перепуска в средней части компрессора.

На рис. 4.40 показано типичное изменение характеристики и положения рабочей кривой многоступенчатого осевого компрессора при открытии клапана (ленты) перепуска. По горизонтали здесь отложен приведенный расход воздуха на входе в компрессор. Как видно, при пониженных значениях п_пр. открытие перепуска приводит к смещению напорных кривых вправо и вверх, т. е. к увеличению G_Bпр и _к*. Но при более высоких значениях п_пр. расход возраста­ет в значительно меньшей степени (из-за приближения к режимам-запирания в лопаточных венцах первых ступеней), а падает.

С точки зрения обеспечения максимального запаса устойчиво­сти необходимо открывать окна перепуска воздуха, как только при­веденная частота вращения окажется меньшей, чем в точке а (рис. 4.41). Однако непроизводительные затраты мощности на сжатие перепускаемого воздуха приводят к значительному снижению тяги и ухудшению экономичности двигателя при включении перепуска. Поэтому на практике значение п_пр, при котором открываются окна-перепуска, обычно располагается левее точки а и соответствует ми­нимально допустимому запасу устойчивости или максимально до­пустимому уровню вибронапряжений в лопатках при работе двига­теля без перепуска.

Обычно перепускается 15—25% воздуха, поступающего в комп­рессор. В некоторых случаях применяют не один, а несколько ря­дов перепускных окон, расположенных в различных сечениях комп­рессора (в различных ступенях) и открываемых при снижении н_пр последовательно с таким расчетом, чтобы обеспечить наилучшее (со­отношение между количеством перепускаемого воздуха и достига­емым при этом увеличением запаса устойчивости.