17. Захист від помпажу. Визначеня межі помпажу

Найбільш важливим аспектом регулювання компресорів є захист від помпажу . Проблема полягає в невмінні визначити з абсолютною упевненістю ступінь наближення до помпажу. При виникнення помпажу він буде продовжуватися до тих пір, поки не будуть прийняті відповідні заходи. Невеликий відцентровий компресор² може витримати без пошкоджень багатократне виникнення помпажу, проте для осьового компресора потужністю 75 МВт можлива заміна лопаток вже після першого переходу в зону помпажу.

Коли в компресорі виникає явище помпажу, витрата всмоктуваного потоку падає до нуля протягом декількох мілісекунд, після чого потік миттєво змінює напрям і менш ніж через пів секунди починає відновлюватися. Якщо не прийняти відповідні заходи, цикл негайно ж повторюється, приводячи до серії хлопків з частотою менше однієї секунди. Раптове падіння витрати всмоктуваного потоку може бути виявлене і використане для відкриття рециркуляційного клапана, але не раніше завершення принаймні одного циклу коливань тиску. Для ефективної боротьби з явищем помпажу потрібна така система регулювання, яка взагалі виключає можливість переходу в зону нестійкої роботи.

17.1. Визначення межі помпажу

Графічні характеристики компресора утворюють діаграму, на якій чітко окреслена зона нестійкої роботи. За наслідками вимірювань ряду параметрів процесу можна визначити фактичні робочі умови в будь-якій точці, а також ступінь їх наближення до зони помпажу. Проте є два ускладнення:

1.Дійсні характеристики компресора можуть відхилятися від номінальних унаслідок зносу, зміни складу газу і так далі.

2. Неможливопрямовиміряти залежні змінні адіабатичного абополітропного напору і об'ємної витрати всмоктуваного потоку.

Строго кажучи, криві, що представляють залежність підвищення тиску від витрати всмоктуваного потоку, справедливі тільки для певного поєднання умов всмоктування, тобто тиску, температури і складу газу. Зокрема, при змінному складі газу виготівники компресорів використовують адіабатичний" або політропний⁴ напір замість підвищення тиску. В цьому випадку характеристика відображає властивості машини незалежно від умов експлуатації. У припущенні, що ці властивості постійні, розробникові системи регулювання залишається тільки окреслити область помпажу в координатах тих параметрів, значення яких він в змозі вимірювати.

1.Помпаж — зривниийрежим роботи динамічного компресора, що викликає пульсації тиску на його виході і ударнінавантаженим налопатки.

2. Компресор — пристрій для стискування і подачі газівпід тиском (повітря, пари холодоагенту і т. д.).

3. Адіабатичний процес - термодинамічний процес в макроскопічній системі, при якому системанеотримує і невіддає теплової енергії.

4. Політропний процес - термодинамічний процес, під час якогопитома теплоємність з газу залишається незмінною.Граничними частковими явищами політропного процесу є ізотермічний процес і адіабатний процес.

Уайт відзначає, що лінія, що обмежує зону помпажу, є параболою, якщо адіабатичний напір нанести на графік залежно від об'ємної витрати всмоктуваного потоку:

Це не завжди вірно. Зокрема, межа помпажу осьових компресорів часто стає паралельною осі абсцис при великих витратах (рис. 4.6).

Оскільки пряме вимірювання об'ємної витрати ускладнене, він зазвичай визначається по перепаду тиску h1на вимірювальній діафрагмі²

де к_т- коефіцієнт витратоміра³.

Якщо (4.27) підставити в (4.26) і отриманий вираз прирівняти з (4.9), то отримаємо наступне співвідношення між перепадом тиску на діафрагмі, тиском всмоктування і тиском нагнітання:

Скорочуючи на температуру і молекулярну масу, отримаємо залежність h1 від

Коефіцієнт стиску для газів не входить в рівняння (4.9) і (4.26), проте він скоротився б так само, як

Залежність h1від р₁-р₂була б лінійною, якби величина була рівна одиниці, але, на жаль, значення цієї величини далекі від одиниці. Внаслідок цього спостерігається істотне відхилення від лінійної залежності при всіх значеннях ступеня стиснення, окрім мінімальних. Для ілюстрації на рис. 4.14 представлений графік залежності виразу в квадратних дужках з рівняння (4.28) від підвищення тиску у відсотках для трьох діапазонів ступенів стиснення повітря. Відхилення від лінійної залежності збільшується від -9% при максимальному ступені стиснення, рівному 3, до -25% при максимальному ступені стиснення, рівному 50.

1^. Об'ємна витрата - об'єм рідини, що протікає через поперечний перетин потоку в одиницю часу,

2^. Діафрагма - сталевий диск з отвором, встановлений усередині трубопроводу, по якому протікає рідина або газ.

3^. Витратомір - прилад, що вимірює витрату речовини, що проходить через даний перетин трубопроводу в одиницючасу.

Рис. 4.14. Графік залежності виразу -i від підвищення тиску у

відсотках для трьох діапазонів ступенів стиснення повітря.

Функція підвищення тиску характеризується збільшенням нелінійності при вищих ступенях стиснення.

При ступенях стиснення нижче 2 залежність майже лінійна і її нахил може бути визначений диференціюванням функції:

При ступені стиснення, рівному 1, рівняння (4.29) дає і в цьому випадку

При підстановці (4.30) в (4.28) наближена залежність приймає простий вигляд:

Будучи точним тільки при дуже низьких ступенях стиснення, це рівняння має перевагу, що в нього не входять склад газу і температура.