Проточная часть большинства осевых компрессоров формируется, как правило, из ступеней со степенью реактивности 0,5 ... 0,7. Напорные характеристики, таких ступеней достаточно круты в области Ф<Фопт-Следовательно, при отклонении от расчетного режима в компрессорах с увеличением отношения плотностей е (илн степени повышения давления я) разница Дф= =ф!—фп будет достигать существенной величины.
Таким образом, в осевых компрессорах с чистой проточной частью в диапазоне частот вращения 0,8<л< <1,1 помпаж компрессора будет определять последняя ступень.
Наблюдения за работой компрессоров показали, что наличие в засасываемом воздухе пыли капель морской воды, паров масла, песка и т. п. приводит к образованию > на лопатках так называемых солевых и промышленных отложений. Проточная часть компрессора загрязняется неравномерно. Могут быть случаи, когда сильно загрязняется первая группа ступеней или группа средних ступеней, или вся проточная часть. Если загрязняется какая-либо из перечисленных групп ступеней или вся проточная часть, то по сравнению с чистой проточной частью изменяются соответственно ее характеристики, а именно, снижаются значения КПД и коэффициентов напора.
Поскольку в загрязненной группе ступеней на расчетном режиме «=«р;*Ф1=Ф1р газ будет сжиматься слабее, чем в чистой (из-за уменьшения КПД и коэффициентов напора ступеней), то в этой группе коэффициенты расхода начнут расти от первой к последней ступени. Так как в первую незагрязненную ступень, расположенную за группой загрязненных, газ поступит с большим коэффициентом расхода, чем на расчетном режиме, то эта и последующие за ней чистые ступени сожмут газ слабее, чем на расчетном режиме. Таким образом, согласно равенству (6) у загрязненной проточной части на расчетном режиме и=ир; ф1=фхр Коэффициенты расхода будут увеличиваться от первой загрязненной ступени к последней чистой ступени компрессора. Загрязнение какой-либо из перечисленных групп ступеней или всей проточной части приводит к ухудшению характеристик компрессора в целом. При этом изменяются характеристики каждой из загрязненных ступеней — снижаются коэффициент напора и коэффициент полезного действия.
Рассмотрим теперь раздельно влияние загрязнения каждой группы ступеней на изменение положения границы помпажа.
При загрязнении группы первых ступеней у исследованного компрессора со степенью повышения давления як=3,5 при и=ир с уменьшением массового расхода коэффициенты расхода у всех ступеней будут уменьшаться от первой ступени к последней, но разница ф!—фл останется больше нуля, следовательно, раньше всех к помпажному значению коэффициента расхода фщ1п приблизится последняя ступень, которая, как и у чистой машины, раньше всех войдет в режим срыва и вызовет помпаж всего компрессора. Однако при этом коэффициент расхода первой ступени ф! (массовый расход компрессора) и степень повышения давления в компрессоре як при наступлении помпажа будут меньшими, чем у чистой машины, т. е. точка начала помпажа иа изодроме и=ир у машины с загрязненными первыми ступенями сместится вниз по Як и влево по расходу.
Исследования многоступенчатых компрессоров при работе на переменных режимах в диапазоне 0,8<л< 1,1 показали, что наиболее сильно реагирует на изменение производительности фх последняя группа ступеней (последняя ступень), затем первая группа (первая ступень). Наиболее слабо изменение режима работы комп-
рессора сказывается на работе средней группы ступеней. Обычно при проектировании компрессоров запас, по коэффициентам расхода от расчетного режима фопт до режима помпажа фШ1П принимают практически одинаковым, и согласно атласу модельных компрессорных ступеней ЦКТИ он составляет 17 ... 20 %.
Поскольку согласно расчетам и опытам при загрязнении группы средних ступеней увеличение значения помпажиого коэффициента расхода фщ1п значительно меньше 17 ... 20 %, то и в этом случае срыв потока раньше всех произойдет в последней ступени компрессора.
Таким образом, загрязнение группы средних ступеней оказывает слабое влияние на изменение положения границы помпажа компрессора, несколько сдвигая ее тем не менее и влево по расходу.
При загрязнении концевой группы ступеней происходит, в частности, увеличение помпажного коэффициента расхода последних ступеней. При этом помпаж компрессора определяет по-прежнему последняя ступень, но срыв в ней наступает при больших массовых расходах, чем в чистом компрессоре, т. е. граница помпажа в этом случае смещается вниз по як и вправо по расходу.
Далее приводятся результаты экспериментальных исследований по изменению положения границы помпажа при загрязнении проточной части натурного компрессора. Объектами исследования были выбраны восьми-ступенчатый и одиннадцати-ступенчатый осевые компрессоры высокого давления с облопачиваиием К-3 и др.
На рис. 3 представлены характеристики одиннадцати-ступенчатого компрессора высокого давления с чистой и загрязненной солевыми отложениями проточной частью. Анализ экспериментальных данных показал, что в результате загрязнения на всех исследованных режимах напор, а также КПД компрессора снизились, помпаж как в чистой, так и в загрязненной машине в диапазоне 0,8<га<1,1 определялся последней ступенью. Вся характеристика загрязненного компрессора, включая напорные изодромы н границы помпажа, сместилась вниз и влево по отношению к характеристике чистой машины. Граница помпажа загрязненной машины отступает от границы помпажа чистой машины в среднем на 2 % по расходу.
Аналогичные результаты были получены и в других исследованных компрессорах, для которых максимальное изменение положения границы помпажа не превосходило 3 % по расходу. Выводы
1. У исследованных осевых компрессоров с чистой и загрязненной проточной частью в диапазоне 0,8<й<1,1 помпаж определяет последняя ступень.
2. Максимальное смещение границы помпажа по расходу при промышленных и солевых загрязнениях проточной части не превосходит 3 %.
3. Для обеспечения необходимого запаса устойчивой работы компрессоров ГТУ рекомендуется принимать его из расчетов переходных режимов ГТУ и добавлять к полученной таким образом величине запаса два-три абсолютных процента по расходу (учет загрязнения проточной части).
4. Анализ тенденции развития ГТУ свидетельствует о росте их единичной мощности, а следовательно, массовой производительности и степени повышения давления. Кинематическая схема лопаточного аппарата (р=0,5-н0,7) изменяться в дальнейшем, по-видимому, не будет. Исходя из этого, можно заключить, что основные выводы данной статьи сохранят свое значение и для перспективных ГТУ.
