5.1. Общие представления о характеристиках компрессоров и методах их определения

Определение геометрии проточной части и необходимого числа ступеней, а также формы и углов установки лопаток производится для расчетногорежима работы компрессора, на котором при заданных значенияхидолжен быть максимальный.Режим работы определяется скоростью и высотой полета и частотой вращения компрессора.

Соответствующие этому режиму значения ,,, частоты вращения и других показателей работы компрессора также называютсярасчетными. Обычно расчетный режим соответствует работе компрессора с максимальной частотой вращения при температуре и давлении на входе в него, равных их значениям на уровне моря в стандартных условиях (,).

В условиях эксплуатации высота, скорость полета и частота вращения изменяются в широких пределах. Это становится причиной значительного изменения ,и.В некоторых случаях компрессор работает неустойчиво. Поэтому возникает необходимость в определении указанных параметров и в проверке устойчивости работы компрессора на нерасчетных режимах.

Для выбора рациональных условий работы компрессора в системе двигателя, для определения влияния различных условий эксплуатации на основные параметры и устойчивость работы компрессора необходимо располагать данными о всей совокупности нерасчетных режимов работы компрессора (или его каскадов), которые могут встретиться при эксплуатации двигателя.

Зависимости основных показателей работы компрессора  степени повышения давления и КПД от частоты вращения n, расхода воздуха и условий на входе называются характеристикой компрессора.

Характеристика компрессора может быть получена либо расчетным путем, либо экспериментально. Наиболее надежным способом определения характеристик компрессора является экспериментальный при испытании компрессоров на специальных стендах (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Схема стенда для экспериментального определения характеристик компрессора

По данным испытаний компрессора на подобном стенде может быть построена его характеристика в виде зависимости степени повышения давления и КПДот расхода воздухапри нескольких значениях частоты вращенияn(и при имевших место в процессе испытаний значенияхи), как показано на рис. 5.2.

Рассмотрим характер изменения пов зависимости от положения дросселя на выходе из компрессора сначала при расчетной частоте вращения

п= 100% (см. рис. 5.2). Пусть при этой частоте вращения и при некотором среднем положении дросселя (на рис. 5.1) режим работы компрессора соответствует расчетному и изображается точкойр. При прикрытии дросселя, как показывает эксперимент,и, следовательно,обычно растут,aпадает, пока режим компрессора не переместится в соответствующий точкег, после чего работа компрессора становится неустойчивой (см. ниже). Точкаг являетсяграницей устойчивой работы компрессорапри данной частоте вращения.

Рис. 5.2. Характеристика компрессора

при фиксированных условиях на входе

Рассмотрим, как изменяется КПД компрессора при изменении сопротивления на выходе из него (положения дросселя).Прип= 100% максимальное значениедостигается на расчетном режиме, т.е. в точкер. Как и при прикрытии дросселя (до точкиг), так и при его открытииуменьшается. Наиболее низкое значениеполучается на режиме запирания по выходу.

Рассмотрим, как изменится напорная кривая и кривая при изменении частоты вращения ротора компрессора. Если, например, уменьшить частоту вращения, то вследствие снижения окружной скорости уменьшится работа, затраченная на вращение каждой ступени, и, следовательно, работа сжатия воздуха. В результате при каждом положении дросселяуменьшится, а вместе с ним упадути расход воздуха (через дроссель), т. е. вся напорная кривая сместится, как показано на рис. 5.2, вниз и влево. Криваятакже сместится влево.

Диапазон частот вращения (от 60% до 110% от расчетного значения), для которого приведены на рис. 5.2 напорные кривые и линии , охватывает основную часть эксплуатационных режимов компрессора авиационного ГТД. Линияг-г, соединяющая здесь точки, соответствующие границе устойчивой работы на каждой напорной кривой,граница устойчивых режимов работы (ГУР) компрессора.Линия з-з, соединяющая точки, соответствующие режимам запирания компрессора по выходу при различныхп,граница "запирания" компрессора по выходу,а линияв-в линия "запирания" компрессора по входу (при пониженных значенияхn запирание по выходу достигается раньше, чем по входу). Линияо-о, соединяющая точки на напорных кривых, в которых при каждом значениипдостигается максимальная величинаносит названиелинии оптимальных режимов. Наибольшее значениедостигается обычно при частоте вращения, меньшей расчетной (на рис. 5.2 приn= 90%). Чем вышеn, тем круче становятся характеристики, а их вертикальные участки, расположенные ниже линиив-в,занимают все бóльшую часть общей про­тяженности напорных кривых.

Детали протекания характеристик зависят от типа компрессора, расчет­ной степени повышения давления и ряда других факторов. Но общий их харак­тер, изображенный на рис. 5.2, одинаков для любого компрессора.