logo search
Теория авиационных двигателей (РИО)

5.6. Срывные и неустойчивые режимы работы многоступенчатых компрессоров

Рис. 5.16. Нормальные и срывные

ветви напорных кривых на

характеристике компрессора

1). Рассмотрим более подробно процесс нарушения устойчивой работы компрессора. При значениях> 0,8 ... 0,85, как указывалось, срыв потока, возникший в каком-либо одном из лопаточных венцов компрессора, быстро распространяется на все ступени и приводит к самопроизвольному скачкообразному падению расхода воздуха и степени повышения давления, как показано на рис. 5.16 (кривая). На рис. 5.17 показана типичная осциллограмма такого процесса потери устойчивости. Здесь линия, обозначенная символомрк,1представляет собой запись изменения давления воздуха непосредственно за компрессором, линиярв давление на входе в первую ступень, а линия перепад давлений в мерном входном коллекторе стенда, служащем для измерения расхода воздуха. На осциллограмме линиейFдрзаписано также изменение проходной площади дросселя, установленного за компрессором.

Как видно из рис. 5.17, при уменьшении площади сечения дросселя до момента, отмеченного на осциллограмме линиейАА,рк,рвиGвиспытывают только высокочастотные колебания малой амплитуды. По мере прикрытия дросселя расход воздуха через компрессор уменьшается и в моментАвозникает срыв потока. При этомрки расход воздуха резко падают, арв (статическое давление на входе в компрессор), наоборот, возрастает из-за резкого уменьшения расхода и выброса сюда части сжатого воздуха через зоны срыва. Этот выброс внешне сопровождается обычно сильным звуковым эффектом («хлопком»).

Рис. 5.17. Осцилограмма срыва потока

в многоступенчатом компрессоре

Процесс падения ркпротекает очень быстро (в данном случае он занимает около 0,1 с) и завершается формированием вращающегося срыва, наличие которого проявляется на рис. 5.17 в виде периодических пульсацийркирв сравнительно высокой частоты (обычно от нескольких десятков до сотен герц). Первоначальный выброс воздуха на вход в компрессор сопровождается кратковременными колебаниями расхода воздуха, которые длятся в данном случае всего около 0,15 с и затем исчезают. Средние значенияркирв, на которые наложены пульсации, вызванные вращающимся срывом, также не испытывают при этом заметных колебаний. Таким образом, в данном случае после перехода на срывную ветвь характеристики компрессор работает далее устойчиво, но с существенно пониженными значениями степени повышения давления, расхода воздуха и КПД.

В эксплуатации такой процесс потери устойчивости часто ха­рактеризуется термином «срыв в компрессоре» или «помпажный срыв» (его не следует отождествлять со срывом потока в отдельных лопаточных венцах). В результате падениятяга двигателя резко снижается (практически до нуля). При этом, как и для ступеней с короткими лопатками, в характеристике компрессора наблюдается гистерезис, и для вывода компрессора из срывного режима необходимо сделать сопротивление сети значительно меньшим, чем оно было в момент возникновения срыва.

2). В эксплуатации может наблюдаться и другая форма неустойчивой работы компрессора, характеризуемая термином“помпаж”и отличающаяся от описанной возникновением сильных низкочастотных колебаний давления и расхода воздуха во всем газовоздушном тракте, в котором работает компрессор.

На рис. 5.18 приведена осциллограмма помпажа, полученная для того же компрессора, к которому относилась осциллограмма рис. 5.17. Обозначения на линиях имеют здесь прежнее значение. Как видно, в этом случае первоначально наблюдается примерно такое же скачкообразное падение рки расхода воздуха, как и на рис. 5.17, так как первопричиной помпажа (так же, как и срыва) является возникновение и развитие срыва потока с лопаток компрессора. Но уже примерно через 0,2 с восстанавливаются высокие значенияркиGв, близкие к имевшим место до потери устойчивости. Затем весь процесс повторяется снова и снова, т. е. в компрессоре возникают периодические колебания давления и расхода воздуха, имеющие большую амплитуду и сравнительно малую частоту. Исследования показывают, что эта частота зависит от объема (массы) воздуха, заключенного в компрессоре и в присоединенных к нему трубопроводах (элементах тракта двигателя). Обычно она составляет несколько герц и сравнительно слабо зависит от частоты вращения ротора компрессора. Внешне возникновение помпажа проявляется как сильный шум и тряска двигателя, сопровождающиеся падением тяги. Кроме того, как при срыве, так и при помпаже резко растет температура газов в турбине и возникает опасность её перегрева. Наконец, наличие вращающегося срыва может стать источником возбуждения опасных вибраций лопаток. Поэтому сколько-нибудь длительная эксплуатация двигателя на этих режимах недопустима

Рис. 5.18. Осцилограммапомпажа

в многоступенчатом компрессоре