5.2. Неустойчивая работа нагнетателей. Помпаж

В гидравлических и газовых системах, состоящих из динамических нагнетателей, трубопроводов и емкостей, могут возникнуть явления неустойчивости, вызванные рядом причин: изменением частоты вращения вала нагнетателя, срывом потока с лопастей, быстрым изменением расхода потребителями и т.п. Такие проявления неустойчивости при снятии возмущающей причины могут исчезнуть, и система будет работать равновесно, устойчиво. В других случаях, при наличии в системе неблагоприятных факторов, возникшая неустойчивость не исчезает и самопроизвольно системой поддерживается с нарастанием амплитуды колебаний подачи, давления, мощности нагнетателя. Такие режимы называются помпажем.

В нешне помпаж сходен как колебательное явление с резонансом механической системы. Однако между этими явлениями есть существенная разница: помпаж - автоколебание расхода, давлений, мощности при работе гидравлических и газовых систем; резонанс - колебания с возрастанием амплитуды вследствие периодического приложения внешней силы.

Современные методы исследования и обнаружения неустойчивых и помпажных режимов достаточно разработаны. В основе простейшего способа обнаружения неустойчивости лежит известный прием: если, изменив одну из величин, определяющих неустойчивость, обнаруживают, что прочие физические величины стремятся привести процесс в исходное состояние, то система устойчива.

Пусть нагнетатель с характеристикой, данной на рис. 5.6, работает на сеть.

Признаком неустойчивости режима является наличие нескольких точек пересечения характеристики сети с характеристикой нагнетателя.

Работа нагнетателя при такой характеристике будет устойчивой только в точках линий KC₁ и B₂L₂.

Р ассмотрим возникновение помпажа в установке, изображенной на рис. 5.7. Сопротивлениями трубопроводов системы ввиду их малости будем пренебрегать.

При работе установки расход Vп поступающий к потребителю, меньше подачи Vгр, соответствующей максимальному давлению, которое может развивать нагнетатель. Если в начале работы нагнетателя давление в емкости А было Р_нач, то начальная подача составляла V_нач.

Если V_нач>V_п то давление в емкости А будет повышаться и характеристика сети, представляющаяся при отсутствии сопротивлений прямой линией, будет перемещаться вверх, оставаясь параллельной оси абсцисс. Рабочая точка системы будет перемещаться по характеристике вверх, и подача нагнетателя будет уменьшаться. В тот момент, когда точка  займет положение _гр, еще имеется неравенство V_гр>V_п, а нагнетатель создает предельное для него максимальное давление Р_гр. Благодаря инерции газовых масс, движущихся в проточных полостях системы, произойдет повышение давления в емкости до Р_а >Р_гр.

Это обстоятельство вызовет торможение потока и обратное течение газа из емкости А через нагнетатель наружу. Поэтому при наличии V_п давление в емкости А уменьшится до Рхх и нагнетатель начнет подавать в сеть V'. Но V'> Vп, поэтому давление в емкости А вновь начнет возрастать и описанный процесс повторится; установка будет работать в режиме помпажа.

В эксплуатационных условиях помпаж может быть предотвращен при помощи автоматического клапана К (рис. 5.7), настроенного на предельное давление, несколько меньшее Рхх При этом рабочая точка а не может попасть на неустойчивую часть характеристики, где V < Vгр, потому что при повышении давления перед дросселем Б до Рхх клапан К автоматически откроется и будет перепускать часть газа во всасывающую трубу.

Работа нагнетателя в режиме, близком к помпажу, при открытом клапане К сопряжена с дополнительными затратами энергии на привод.

Лекция 7