ПОМПАЖОМ называются самопроизвольные периодические прорывы воздуха из нагнетательной части компрессора во всасывающую.

Помпаж появляется в виде пульсаций воздушного потока в компрессоре, сопровождающихся периодическим выбросом воздуха обратно во всасывающий тракт.

Помпаж центробежного компрессора, как и осевого, явля­ется следствием больших потерь в каналах рабочего колеса и направляющего аппарата, возникающих из-за срыва потока за входными кромками лопаток при больших положительных углах атаки (рис.4.2). Это име­ют место при малых значениях коэффициента расхода φ = с1а / u1 и связа­ны, таким образом, с пониженной подачей компрессора и повышенной частотой вращения рабочего колеса.

На рис. 4.2 показан характер обтекания лопаток рабочего колеса при неизменной частоте вращения ротора на расчетном режиме, а также на ре­жимах уменьшенной и повышенной подачи компрессора. На расчетном ре­жиме (рис. 4.2, а) лопатки обтекаются с углом атаки (i = 0), поэтому потери на входе в рабочее колесо минимальные. С уменьшением подачи (рис. 4.2, б) угол атаки становится положительным (i > 0), что приводит к срыву потока на спинке лопатки. При больших углах атаки вихревая зона заполняет весь рабочий канал, что нарушает работу компрессора и приводит к помпажу. Отрицательные углы атаки (i<0), возникающие при увеличенном расходе (рис. 4.2, в), приводят к срыву потока на вогнутой поверхности лопатки. Такой срыв увеличивает потери и снижает КПД компрессора, но помпажа не вы­зывает, так как вихревая зона поджимается потоком к вогнутой поверхности лопатки и носит локальный характер.

Аналогичная картина наблюдается и при обтекании лопаток диффузора (рис. 4.3). Здесь срыв потока при больших положительных углах атаки воз­никает на вогнутой поверхности лопаток, а при отрицательных – на спинке лопаток. При этом криволинейность канала, и инерционность потока способ­ствуют росту вихревой зоны у вогнутой поверхности лопатки при положи­тельных углах атаки (в нашем случае — при уменьшении угла α3 входа вследствие снижения расхода) и локализации вихревой зоны у выпуклой по­верхности лопатки при отрицательных углах атаки (увеличении угла α3). Поэтому, как и при входе в рабочее колесо, помпаж возникает при боль­ших положительных углах атаки.

Внешние признаки помпажа в центробежных компрессорах такие же, как и в осевых: повышенная шумность, вибрация, пульсация воздуха и про­рывы его из камеры нагнетания в атмосферу через всасывающий патрубок.

Причиной помпажа может быть недостаточное согласование характерис­тик компрессора и сети, в результате чего рабочая линия компрессора про­ходит вблизи зоны неустойчивой работы. В таком случае рабочая точка ком­прессора при пониженном расходе или повышенной частоте вращения может оказаться на линии помпажа.

Для того чтобы избежать указанного явления, при согласовании характе­ристик компрессора и сети стремятся на всех режимах работы обеспечить необходимый коэффициент запаса устойчивости по помпажу, определенный по формуле

где - отношение степени повышения давления к расходу воздуха в точке пересечения линии постоянной частоты вращения компрессора с линией помпажа (точка A1 на рис. 4.4) - то же, в рабочей точке компрессора (точка A0). Коэффициент устойчивости должен быть не менее 15% на номинальной режиме и не менее 8% на всех остальных режимах, что обеспечивается при необходимости смещением характеристики компрессора влево (в сторону меньших расходов) или рабочей линии вправо (в сторону более устойчивой работы).

Смещение характеристики компрессора влево может быть достигнуто уменьшением входного угла β1 рабочих лопаток (рис.4.2), если помпаж является следствием потерь на входе в компрес­сор, или уменьшением входного угла α3, а также ширины лопаток диф­фузора, если помпаж возникает в на­правляющем аппарате. Указанные меро­приятия могут быть выполнены заменой вращающегося направляющего аппарата рабочего колеса или направляющих ло­паток диффузора.

При уменьшении входных углов ло­паток опасные положительные углы ата­ки будут возникать при меньших расхо­дах воздуха и диапазон устойчивой ра­боты компрессора увеличится. Однако при этом КПД компрессора на номи­нальном режиме уменьшится из-за боль­ших по абсолютному значению отрица­тельных углов атаки.

Уменьшение ширины лопаток лопаточного диффузора приводит к росту радиальной составляющей с3r скорости входа в направляющий аппарат, что при неизменной окружной составляющей с3u (полагаем частоту вращения компрессора неизменной) увеличивает угол α3 входа потока в диффузор. Угол атаки при этом уменьшается, и помпаж в компрессоре будет возникать при меньшем расходе. Но КПД компрессора на номинальном режиме так­же снизится.

Смещение рабочей линии компрессора в устойчивую зону достигается открытием противоположного клапана. Из рис. 4.4 ясно, что расход G' < G не может быть получен при работе компрессора по линии 1, так как рабочая точка b при расходе G находится на границе помпажа. При открытии проти­воположного клапана новая рабочая линия компрессора 2 удаляется от границы помпажа и позволяет уменьшить подачу до заданного значения G'. Режим работы компрессора будет определяться при этом точкой A2.

Внешними признаками проявления помпажа является характерный звук (хлопки), не свойственный работе компрессора в нормальных условиях, тряска двигателя.

Помпаж вызывает уменьшение мощности двигателя вследствие уменьшения расхода воздуха, повышение температуры газов перед турбиной и, что особенно опасно, поломку компрессора вследствие периодических толчков (ударов) воздуха и раскачки лопаток.

Внешними признаками помпажа в центробежных компрессорах являются:

· повышенная шумность;

· вибрация;

· пульсация воздуха и прорывы его из камеры нагнетания в атмосферу через всасывающий патрубок.

Причинами возникновения помпажа могут быть:

1. Повышенное сопротивление газовоздушного тракта может происходить из-за:

- увеличения сопротивления воздухозаборного устройства;

- неполного открытия заслонок в трубопроводах между компрессорами первой и второй ступеней наддува;

- закоксовывания кромок выпускных и продувочных окон в стенках цилиндров дизеля и лопаточного аппарата газовой турбины.

2. Повышение температуры надувочного воздуха из-за ухудшения работы воздухоохладителей:

- засорение воздухоохладителей;

- резкое повышение температуры забортной воды.

3. Повреждение рабочих лопаток турбины и ее соплового аппарата, к примеру, обломками поршневых колец или другими посторонними предметами при отсутствии защитных решеток перед сопловым аппаратом.

4. Повышение температуры выпускных газов перед турбиной из-за уменьшения расхода воздуха по причинам, к примеру, неисправности топливной аппаратуры дизеля и др.

5. Несимметричная работа параллельно работающих турбокомпрессоров из-за того, что в случае уменьшения мощности у одного из турбокомпрессоров, второй развивает большую частоту вращения, дает больше воздуха и тем самым уменьшается подача первого компрессора, приближая его к границе помпажа. Несимметричная работа двух ТК может быть из-за разницы в размерах проточных частей турбин, главным образом разница сечения сопловых аппаратов, которая может иметь место вследствие повреждения направляющих лопаток.

Мерами предупреждения помпажа могут быть:

1. Систематическая очистка от нагара выпускных и продувочных окон и защитных решеток на входе газов в турбокомпрессор;

2. Контроль за исправностью воздухозаборного устройства дизеля, не допуская увеличения его сопротивления;

3. Периодическая очистка воздухоохладителей;

4. Контроль за температурой выпускных газов по цилиндрам и температурой воздуха в воздушном ресивере;

5. Проверка состояния лопаток турбины и суммарного сечения соплового аппарата (с помощью шаблонов), а также состояние лопаток компрессора.

Эксплутационные меры предупреждения помпажа заключаются в том, чтобы предотвратить, а при возникновении быстро устранить неустойчивую работу компрессора.

При возникновении помпажа необходимо плавно уменьшить подачу топлива, т.е. несколько снизить обороты и открыть противопомпажный клапан (ППК). Если же это не поможет, то нужно остановить двигатель и выяснить причины и по возможности их устранить.

Глава 5

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: