Рассмотрим динамический процесс характеристики компрессора в сети.

В момент работы компрессора в точке А при незначительном уменьшении G_к по сравнению с G_A давление р_к резко падает вследствие развития срывных явлений в компрессоре. В то же время давление в ресивере будет падать по мере расходования воздуха через дроссель.

Поэтому давление р_к становиться меньше р_с , и возникший перепад приводит к резкому торможению потока воздуха, выходящего из компрессора, т.е. к резкому уменьшению G_к .

В результате процесс изменения давления в ресивере р_с в функции G_к изобразится на рис. 39 линией А – 1, которая пересечёт характеристику компрессора при некотором расходе G₁ .

При достаточно большой ёмкости ресивера расход G₁ может быть значительно меньше расхода на установившемся режиме G_Б и может лежать даже в области отрицательных расходов.

Поэтому, хотя в точке 1 процесс уменьшения G_к прекращается (так как здесь р_с = р_к), давление в ресивере продолжает падать, т.к. расход воздуха через дроссель при этом давлении соответствует точке 1’ , т.е. существенно превышает поступление воздуха из компрессора.

В результате давление в ресивере вскоре оказывается меньше р_к , что приводит к увеличению расхода воздуха через компрессор.

В момент, изображаемый точкой 2 , G_к становится равным G_с , и падение р_с прекращается.

Но т.к. здесь по-прежнему р_с < р_к . то расход воздуха через компрессор продолжает расти до тех пор, пока в точке 3 не восстановится равенство р_с и р_к .

Но в этой точке расход воздуха через компрессор значительно больше, чем расход через дроссель, соответствующий точке 3'.

Поэтому далее происходит увеличение р_с за счёт накопления воздуха в ресивере (до момента 4) при одновременном уменьшении G_к (до момента 5) и т.д..

Таким образом, в системе, состоящей из компрессора и сети, в указанных условиях возникают автоколебания, в процессе которых режим работы компрессора периодически переходит с нормальной на срывную ветвь характеристики и обратно. Внешне это проявляется в виде серии «хлопков» или гула низкого тона, частота и интенсивность которых зависят от размеров системы и от режима работы компрессора.

Исследования показывают, что первопричиной помпажа является возникновение и развитие срыва потока с лопаток компрессора. Поэтому основным способом борьбы с неустойчивой работай компрессора в различных условиях эксплуатации является уменьшение углов атаки в тех ступенях или той части лопаток, где эти углы оказываются слишком близкими к критическим.

Рабочие режимы и запас устойчивости компрессора в системе гтд

Работа компрессора в системе ГТД занимает некоторую область в поле характеристики компрессора – область рабочих режимов. Значения и G_в.пр , соответствующие какому-либо конкретному рабочему режиму, изображаются на характеристики компрессора рабочей точкой.

Важное значение в теории ГТД имеют точки, соответствующие режимам работы двигателя, т.е. постоянным во времени значениям частоты вращения, подачи топлива и других параметров и факторов, которые могут влиять на работу элементов двигателя.

Для большинства схем авиационных ГТД каждому значению приведённой частоты вращения на установившихся режимах соответствует только одна рабочая точка. Соединив такие рабочие точки , относящиеся к различным значениям , получим рабочую линию (линию рабочих режимов)

Форма и расположение рабочей линии в поле характеристики компрессора зависят от расчётных параметров компрессора, типа двигателя и условия (закона) его регулирования. На рис. 40 показано типичное расположение рабочей линии на характеристике нерегулируемого компрессора, работающего в системе одновального ТРД.

Рис. 40

Мы видим, что рабочая линия пересекает границу устойчивой работы компрессора в двух точках н и в. Первая из них лежит в области значений ,меньших расчётного, и поэтому соответствующее ей нарушение устойчивой работы компрессора (при = _н) называется «нижним срывом».

Неустойчивая работа компрессора в системе двигателя, возникающая при увеличении до _в , называется «верхним срывом».

Нарушение устойчивости работы компрессора ГТД является одним из наиболее опасных отказов авиационной силовой установки. Поэтому в эксплуатации работы двигателя на режимах вблизи границы устойчивости считается недопустимой.

Количественную оценку запаса устойчивости компрессора при каждом значении принято производить по соотношению значений и G_в.пр в рабочей точке и на границе устойчивости.

Если _раб и G_{в.пр.раб} есть степень повышения давления и приведённый расход воздуха в рабочей точке, а _.г и G_в.пр.г – то же на границе устойчивости при том же значении , то отношение

(31)

называется коэффициентом устойчивости компрессора, а

(32)

называется запасом устойчивости.

Если напорная линия на характеристике компрессора при данном близка к вертикали, то G_{в.пр.раб} ≈ G_в.пр.г и , т.е. значение К_у (или ΔК_у) характеризует запас устойчивости по .

Если напорная линия близка к горизонтали, то соответственно эти величины характеризуют запас устойчивости по расходу.

В общем случае значения К_у или ΔК_у характеризуют запас устойчивости как по _.г , так и по G_в.пр..

При расчётном значении запас устойчивости компрессора в авиационных ГТД на рабочей линии равен 10 – 20% . При отклонении от расчётного значения приведённой частоты вращения запас устойчивости в одноконтурных ТРД с нерегулируемым компрессором на установившихся режимах изменяется примерно так, как показано на рис. 41

Рис. 41. 1 – с высоким _.р ; 2 – с низким _.р

Отсюда следует, что в двигателе с нерегулируемым компрессором, имеющим высокое значение _. , допустимые в эксплуатации не должны выходить за пределы диапазона между _max и _min , соответствующим минимально допустимым запасам устойчивости в области повышенных и пониженных .

Для предотвращения неустойчивости работы двигателя при высоких необходимо, чтобы значение _max было выше, чем самое высокое значение , которое может встретиться в эксплуатации. Если это условие не выполняется, то приходится вводить ограничение максимально допустимого значения с помощью автоматических устройств, либо в инструкции по эксплуатации двигателя.

Исключить в эксплуатации режимы, лежащие в области < _min ,нельзя, так как они должны неизбежно использоваться в процессе записка двигателя и выхода его на основные эксплуатационные режимы.

Лекция № 7