Потери в компрессоре

Помпаж

Неустойчивость работы выражается в появлении вибраций лопаток и всего компрессора, усилении шума и возникновении пульсаций воздуха; в некоторых случаях наблюдается выброс воздуха во всасывающий патрубок. Все эти явления, характеризующие неустойчивую работу компрессора, принято называть помпажем. Границу помпажа, или границу устойчивой работы компрессора можно получить, определив для каждого числа оборотов режим, когда появляется помпаж, и соединив точки, характеризующие эти режимы, плавной кривой. Рабочие режимы компрессора располагаются вправо от границы помпажа; слева от нее устойчивая работа компрессора невозможна. Таким образом, граница помпажа устанавливает допустимую область эксплуатационных режимов работы компрессора.

Необходимо выяснить, хотя бы в общих чертах, причины, которые вызывают неустойчивую работу компрессора. Установлено, что явление помпажа обусловлено особенностями обтекания воздухом проточной части компрессора. Помпаж является следствием воздействия периодических срывов потока с передних кромок лопаток рабочего колеса и диффузора, сопровождающихся расширяющейся областью вихреобразования. Срыв потока объясняется тем, что на нерасчетных режимах работы компрессора направление относительной скорости воздуха не совпадает с направлением передних кромок лопатки. Однако не всякий срыв потока приводит к помпажу.

Чтобы выяснить условия появления помпажа, рассмотрим три характерных случая работы компрессора при постоянном числе оборотов (п = const, а следовательно, и и = const): 1) объемный расход воздуха равен расчетному (Q_B = Q_BP); 2) объемный расход воздуха больше расчетного,(Q_В > Q_BP); 3) объемный расход воздуха меньше расчетного (Q_B <Q_BP).

Обратимся к графикам на рис. 8.8, иллюстрирующим условия обтекания рабочих лопаток и лопаточного диффузора компрессора в перечисленных случаях. Рис. 8.8, а соответствует расчетному режиму (Q_B = Q_BP), когда сохраняется соответствие между направлением вектора относительной скорости и конструктивным углом передних кромок рабочих лопаток . Плавным является также обтекание лопаток диффузора. Потери на удар и вихреобразование отсутствуют.

Рис. 8.8

Второй случай обтекания (рис. 8.8, б) наблюдается при условии, когда расход воздуха больше расчетного. При этом угол меньше конструктивного угла . Разность углов на рисунке указана величиной .

Срыв потока и образование вихрей происходят на вогнутой стороне рабочих лопаток и на выпуклой стороне лопаток диффузора.

При направлении окружной скорости и₁, показанном стрелкой, воздух под действием сил прижимается к вогнутой стороне рабочих лопаток, препятствуя распространению срывной зоны. По тем же причинам воздух, прижимаясь к выпуклой поверхности лопаток диффузора, не позволяет расшириться области срывов в межлопаточных каналах. Таким образом, в рассматриваемом случае срыв потока и вихреобразование не вызывают явлений помпажа, увеличивая лишь потери на удар и вихреобразование.

Если расход воздуха оказывается меньше расчетного, вектор относительной скорости с отрицательным углом атаки направлен так, что удар потока происходит в вогнутую поверхность рабочих лопаток, а срыв потока - с выпуклой поверхности (рис. 8.8, в). В диффузоре удар потока отмечается на выпуклой поверхности лопаток, а срыв потока - на вогнутой поверхности. Срывы воздушных потоков у осевых компрессоров в зависимости от изменений угла атаки могут происходить у вершины лопаток или у их корня. При значительном изменении угла атаки локальные срывы распространяются на всю высоту лопаток. Силы инерции способствует распространению срывной зоны по всему объему межлопаточных каналов рабочего колеса и диффузора.

При уменьшении расхода воздуха ниже определенной величины срывы потоков приводят к периодически повторяющимся «закупоркам» проточной части, сопровождающимся явлениями обратного выброса воздуха из компрессора. Работа становится неустойчивой, происходит периодическая пульсация давлений и скоростей воздуха. Воздействие переменных давлений приводит к вибрации лопаток и корпуса компрессора, т.е. появляются признаки ненормальной работы, которые характеризуют помпаж. Наступление помпажа зависит также от режима работы дизеля; например, опасность помпажа возрастает при неравномерном распределении нагрузки по цилиндрам.

Известно, что ни одна реальная машина не может работать без потерь. Работа компрессора также сопровождается, потерями, происхождение которых ясно из предыдущего.

На расчетном режиме, при безотрывном и безударном обтекании лопаток, часть подведенной к компрессору энергии затрачивается на преодоление трения между воздухом и стенкам компрессора. Чем больше объемный расход воздуха, тем больше скорость воздушного потока и потери на трение.

На рис. 8.9 изображена зависимость степени повышения давления π_К от объемного расхода воздуха Q_B. В идеальном случае отсутствия потерь, при п_к = const, π_к оставалась бы независимой от Q_В (линия 1), а эффективная работа центробежного компрессора полностью расходовалась бы на сжатие воздуха. Отложив вниз oт прямой 1 величины потерь на трение для разных расходов воздуха, получим кривую 2, которая показывает изменение π_к по расходу воздуха с учетом потерь на трение.

Рис. 8.9

На нерасчетных режимах появляются дополнительные потери на удар и вихреобразование; они возрастают при отклонении расхода воздуха от расчетного как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Кривая 3 устанавливает зависимость π_к от Q_B с учетом всех внутренних потерь: на трение и на удар.

Минимум потерь и максимум к.п.д. соответствуют расчетному режиму (точка А на рис. 8.9, б).

Дата добавления: 2014-01-06