§ 13.6. ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Газодинамическая характеристика представлена зкспериментальными графиками зависимостей между основными показателями компрессора, аналогичными графиками характеристик лопастного насоса.

Им придают различную форму в зависимости от условий нагнетания газа.

Наиболее частый случай эксплуатации машины - при постоянных условиях всасывания (p_H, T_h)газа известного состава. По оси абсцисс откладывают значения объёмного расхода газа на входе компрессора или подачи, а по оси ординат - конечного давления (или степени повышения давления), мощности (или внутренней мощности) и одного из относительных КПД (внутреннего или общего) при одной (рис. 13.10, а) или нескольких частотах вращения (рис. 13.10, б). При наличии регулирующих устройств графики строят для различных положений регулятора (например, входного направляющего аппарата).

Каждой частоте вращения или каждому положению регулирующего органа соответствует определённое минимальное значение V_н, при котором наблюдается помпаж. Совокупность таких точек на кривых Vн - p_κобразует границу помпажа. Работа в области помпажа недопустима даже кратковременно, и поэтому крупные машины снабжают антипомпажными устройствами. Точка начала помпажа к, расположенная вблизи максимума указанной кривой, называется критической; ей соответствует критическое значение Vкр .

Рис. 13.11. Газодинамические характеристики компрессора ζ— коэффициент потерь в лопастной решётке; I — угол атаки (в угловых градусах)

Иногда на графике наносят условную границу пульсаций, соответствующую предпомпажным режимам и проходящую несколько правее от границы помпажа. Удалённость точки оптимального режима (максимума КПД) от критической точки,

характеризующаяся отношением V опт / V Kp

(см.

угла наклона лопастей. Это отношение равно 1,3 - 2,2, и лишь у компрессоров с радиальными лопастями (β_2Λ= 90°) оптимальный режим совпадает с критическим или близок к нему.

Другая особенность характеристик компрессора - их зависимость от начальной температуры T_hи физических свойств газа. С изменением начальной температуры и состава газа и, следовательно, его плотности пропорционально последней изменяются давление и мощность компрессора. Кроме того, от температуры и состава газа зависит скорость звука (a = JkRT), а при обтекании лопастей вследствие неравномерного распределении скоростей в потоке газа местная скорость может возрасти до звуковой или сверхзвуковой. При этом появляется дополнительное волновое сопротивление, связанное с возникновением скачков уплотнений и с отрывом потока^[XXV] в связи с неустойчивостью его и обратным переходом к течению газа с дозвуковой скоростью .

Поток газа в ступенях с одинаковой геометрией характеризуют числом Маха, определяемым по какой - либо характерной скорости, например, по окружной скорости рабочего колеса и по скорости звука в условиях всасывания: M_u= u₂/ а_н.

Влияние числа Маха демонстрируют измерения потерь работы в неподвижных лопастных решётках в зависимости от угла атаки (рис. 13.11, в). При малых числах Маха потери ζостаются небольшими в широком диапазоне углов атаки. С увеличением числа Маха потери возрастают, причём область приемлемых углов атаки сильно сужается.

В лопастных аппаратах компрессора характер течения более сложный, чем в неподвижной решётке, но влияние числа Маха проявляется аналогично. С увеличением Muэффективность ступеней падает, а область устойчивой работы при безотрывном обтекании профилей сужается, вследствие чего увеличивается крутизна кривых характеристики (рис. 13.11, г).

Условия сложения кривых характеристик ступеней компрессора (или нагнетателей, включённых последовательно) иные, нежели в насосе.

В многоступенчатом насосе все ступени действуют в одном режиме, вследстви чего диапазон подач у насоса такой же, как у одной из его ступеней.

Рассмотрим действие двух одинаковых ступеней (или групп ступеней) при одинаковой частоте вращения. Вследствие различия начальных температур в обеих

ступенях и чисел Маха характеристики ступеней Vн - εнесколько различаются, но

незначительно.

Рис. 13.12. Сложение характеристик ступеней

компрессора

На рис 13.12 они обе представлены кривой 2 - 2. Когда первая ступень действует в режиме 1, то плотность газа увеличивается, а объёмный расход газа на входе во вторую ступень снижается так, что вторая ступень работает в режиме 2 на границе помпажа. Если же режим первой ступени соответствует точке 1, то вследствие значительного подогрева газа происходит, наоборот, его расширение, и объёмный расход на входе второй ступени увеличивается (точка 2при ε= 1), поскольку массовый расход газа в обеих ступенях одинаковый.

При сжатии идеального газа из формулы (13.14) и уравнения политропы

путём исключения показателя политропы n_uнетрудно получить

формулу для определения плотности газа на выходе из ступени (или группы

ступеней):

где η_{nm в} - внутренний политропический КПД.

Умножением отношений давлений в ступенях можно вычислить степень повышения давлений в двух ступенях ε = ε₁ε₂и построить кривую V. - ε.

Как видно, в двухступенчатой машине диапазон изменения V. более узкий (от 1до 1), чем в одноступенчатой (от 2до 2). При ε= 1 вторая ступень работает в режиме торможения (точка 2 , ε₂< 1). При этом давление во второй ступени снижается на величину, равную повышению давления в первой ступени.