3.5. Характеристики компрессоров

В условиях эксплуатации компрессор работает не только на расчетном режиме, для которого рассчитаны все его элементы, но и на режимах, отличных от расчетного. При этом вследствие изменения величины и направления скоростей воздуха углы установ­ки лопаток оказываются несоответствующими изменившимся ус­ловиям, что приводит к снижению показателей компрессора и . Оценка эксплуатационных качеств компрессоров производится с помощью характеристик, под которыми понимают зависимо­сти и от G_в и n при данных условиях на входе в компрес­сор ( ).

Характеристики получают экспериментальным путем, при этом требуемая частота вращения ротора компрессора достигается пу­тем его вращения каким-либо источником мощности, а расход воз­духа изменяется с помощью дроссельной заслонки, увеличивающей или уменьшающей проходное сечение выпускного трубопровода.

Характеристика компрессора показана на рис. 3.16 и 3.17. Как видно, и достигают максимума при определенном G_в. От­клонение G_в от этого значения вызывает уменьшение и .

При уменьшении G_в ниже определенного значения нарушается устойчивая работа компрессора. Пунктирная линия, соединяющая точки появления неустойчивой работы на разных n, называется границей неустойчивой работы компрессора или границей помпажа.

Рис. 3.16 Зависимость Рис. 3.17.Характеристика компрессора

Увеличение G_в при открытии дроссельной заслонки сопровож­дается уменьшением . Но при большом открытии заслонки уве­личение G_в оказывается незначительным, либо вовсе отсутствует, что видно по вертикальному участку характеристики. Снижение происходит только до некоторого минимального значения. Даль­нейшее открытие заслонки не может изменить режим работы комп­рессора, так как при этом скорость воздуха в каналах последней ступени достигает скорости звука и каналы оказываются запер­тыми.

Изменение атмосферных условий, скорости и высоты полету оказывает воздействие на основные показатели компрессора. Так, снижение температуры окружающего воздуха при достоянных и n, значит, постоянной изоэнтропической работе , приво­дит к увеличению , так как холодный воздух легче сжать. Уве­личение плотности воздуха приводит к росту G_в. Изменение при постоянных T_в* и n приводит к пропорциональному изменению давления во всех сечениях компрессора, и при этом не изменяются, а G_в изменяется пропорционально изменению давления.

Таким образом, характеристики, снятые при разных значениях и Т_в* будут отличаться друг от друга и для оценки качества компрессора потребуется большое их число. В этом неудобство этих характеристик. Если же в качестве параметров, от которых зависят и применять не G_в и n , а независимые параметры, то характеристика может быть универсальной, т.е. независящей от параметров на входе в компрессор. Этими параметрами являются параметр частоты вращения

Необходимость применения указанных параметров основывается на теории подобия газовых потоков, согласно которой потоки подобны, если они подобны геометрически, кинематически и динамически.

Геометрическое подобие сохраняется при любых изменениях режима работы. если не учитывать температурную деформацию каналов компрессора. Условием кинематического подобия является

подобие треугольников скоростей в сходственных точках. Наконец,

динамическое подобие обеспечивается в случае равенства чисел М в сходственных точках потока. Таким образом, потоки воздуха и

режимы работы компрессора подобны при условии соблюдения подобия треугольников скоростей и чисел М в любых двух одинаково расположенных сечениях тракта (например, на входе в компрессор) как бы при этом не изменялись условия на входе, расход воздуха и частота вращения. Если же режимы работы компрессоров подобны компрессоры имеют одинаковые и

Относительная скорость воздуха на входе в РК (см.рис. 3.6), считая для простоты вход осевым, записывается следующим образом:

Разделив обе части равенства , где — температура воздуха на входе в РК, и освободившись от радикала, получим

Величину ω₁/ пропорциональна числу M₁= ω₁/a₁, так как a₁=20 . Величина пропорциональна так как . Наконец, величина пропорциональна (V - объемный расход воздуха, а F₁ — площадь входа в РК), которая, в свою очередь, пропорциональна что видно из условия

Таким образом, при изменении режима работы компрессора и сохранении постоянства параметров и обеспечивается постоянство числа М, что означает динамическое подобие режимов работы компрессора.

Так как все скорости (u, c и ω) изменяются пропорционально , то соблюдается подобие треугольников скоростей на входе в РК.

Таким образом, если параметры и остаются неизменными, то при любом изменении условий на входе в компрессор, частоты вращения n и расхода воздуха G_в обеспечивается в компрессоре и режимов его работы и неизменность компрессора. Это значит, что характеристика компрессора – зависимость при справедлива для любых условий на входе.

В выражения параметров подобия вошли статическое давление p₁ и температура T₁ на входе в ступень компрессора. Для компрес­сора в целом следует принимать давление температуру на входа в компрессор. Тогда параметры подобия будут выглядеть следующим образом:

Универсальные характерис­тики (рис. 3.18) "по внешнему виду не отличается от харак­теристик, построенных в па­раметрах n и G_в.

Параметры подобия позво­ляют привести частоту враще­ния и расход воздуха при

Рис.3.18. Универсальная характеристика компрессора

данных атмосферных условиях к стандартным атмосферным ус­ловиям.

Пусть при испытании ком­прессора параметры наружного воздуха были и часто­та вращения n и расход воздуха G_в. Для этого режима параметры подобия равны и . В стандартных атмосферных условиях ( ) обозначим частоту вращения n_пр и расход воздуха

Подобие двух режимов будет соблюдаться при условии

откуда

пропорциональны соответствующим параметрам подо­бия, поэтому они сами также являются параметрами подобия и используются при построении характеристик.