Тепловые двигатели и нагнетатели. Ляшков В.И. - 74 стр.

UptoLike

Составители: 

6.4. Устойчивость режимов работы на сеть, помпаж
Выше мы убедились, что изменение характеристики сети существенно изменяет режим работы вентилято-
ра или компрессора. Характеристика сети может достаточно резко измениться в силу каких-либо случайных
воздействий на систему, например, при экстренной остановке оборудования, появления трещины в трубопро-
воде и т.п. В результате расход газа в сети резко изменяется, в то время как даже при наличии системы регули-
рования характеристика компрессора остаётся какое-то время неизменной. Такие же случайные изменения воз-
можны и со стороны компрессора: случайное изменение скорости вращения вала, срыв потока в лопаточном
аппарате, резонансные колебания давления и др. Это приводит к самопроизвольным процессам, направленным
или на восстановление предыдущего режима (устойчивые режимы), или наоборот, постоянно уводящим систе-
му от начального режима. Последние случаи называют неустойчивыми режимами.
Чтобы лучше понять, как это происходит, рассмотрим характеристики сети и вентилятора (или другой
турбомашины) при возможных различных ситуациях, приведённые на рис. 6.11. Безразмерная характеристика
компрессора выделена на этом рисунке жирной линией. Пусть первоначальное состояние определяется пересе-
чением этой характеристики с характеристикой сети в точке А, соответствующей расходу
G . Если в силу ка-
ких-либо причин расход увеличится на
Gδ , то сопротивление сети увеличится на Hδ . При неизменной ско-
рости вращения ротора машины при увеличении расхода приведёт к снижению его напора (см. точки, выделен-
ные в окрестностях точки А). При таком разбалансе по давлениям газ из сети пойдёт в сторону турбомашины,
давление в сети будет уменьшаться, а в выходном патрубке машиныувеличиваться. В результате через неболь-
шой промежуток времени режим вернётся в первоначальную точку А.
Рис. 6.11. Устойчивость работы вентилятора:
1обобщённая характеристика вентилятора; 2характеристики сети
Совсем другая ситуация возникает, когда система имеет характеристику, пересекающую левую ветвь ха-
рактеристики турбомашины, например, в точке Г. Как и прежде, случайное увеличение расхода в сети вызовет
увеличение скорости в ней, а значит и гидравлического сопротивления сети. При этом, и это видно по характе-
ристике 1, увеличится и напор, развиваемый турбомашиной. Причём увеличение этого напора будет большим,
чем увеличение его в сети. Такое соотношение напоров приведёт к увеличению подачи газа в сеть, увеличению
давления и расхода в ней, и режим работы никогда уже не вернётся к первоначальному. Такое увеличение мо-
жет продолжаться до тех пор, пока давление и расход не достигнут точки Б, где режим может быть устойчи-
вым. Неустойчивый режим может быть и таким, при котором устойчивая работа вообще невозможна, напри-
мер, в точке В.
Аналогичные рассуждения приводят к заключению, что при случайном уменьшении расхода в точке Г по-
дача газа в систему вообще может прекратиться.
На основании приведённых рассуждений можно сделать вывод, что устойчивые режимы возможны только
на такой ветви характеристики турбомашины, где
0
Gd
Hd
.
Неустойчивые режимы системы ведут к возникновению колебаний давления и расхода в системе. Как и лю-
бая реальная система, гидравлическая сеть, имея определённый объём и сопротивление, обладает некоторой
собственной частотой колебаний. Когда вынужденные колебания в сети приближаются по частоте к этой соб-
ственной, то возникает явление резонанса, способное вызвать серьёзные механические разрушения в системе и
турбомашине. Помпаж (так называют эти колебания) недопустим, поэтому на реальных характеристиках тур-
бомашин выделяется область помпажа, в которой работа машины недопустима (см. например, рис. 6.3, где эта
граница выделена штриховой линией). Сформулированное выше условие как раз и описывает границу помпа-
жа.
С увеличением ёмкости системы частота помпажных колебаний уменьшается, а амплитуда может возрас-
тать. Поскольку высокочастотные колебания более опасны (быстрее наступает усталостное разрушение мате-
риалов), то увеличение объёма путём установки ресивера, как в компрессорных установках с поршневыми ком-
прессорами, иногда применяется и в установках с турбомашинами. Для предотвращения разрушений при по-