EFFECT OF PARTLY AIR BLOCAGE IN AXIAL COMPRESSOR ON SURGE AND OUTPUT

Abstract

Effect of partly air blockage in axial compressor on surge and output. The tests show, that partly air blockage of compressor inlet by the mean of special diaphragms allow instantly expel the surge and diminish output on 40%.

Full Text

В последнее время возрос интерес к использованию осевых компрессоров в качестве нагнетателей природного газа в тепловых насосах и холодильных маши- нах для сжатия рабочих тел (агентов) [1]. Преимущество осевых компрессоров перед центробежными состоит в более высоком (на 8…10%) внутреннем КПД ηK. Недостатки - большая чувствительность к загрязнению лопаток аппарата и мень- ший диапазон устойчивой работы по расходу воздуха в сравнении с центробеж- ными компрессорами.Нагнетатели природного газа, установленные на компрессорных станциях, должны иметь степень повышения давления πk = pк/pв (pк и pв - абсолютные давления на выходе и входе в компрессор) в пределах 1,44…1,6.Такую величину πK имеют дозвуковые двух- и трехступенчатые осевые ком- прессоры с ηK = 0,86…0,9 при коэффициенте расхода Ca/UK (Ca - осевая скорость, UK - окружная скорость на периферии) порядка 0,20…0,25 [2].При включении компрессора в сеть, а также на переходных режимах иногда возникает помпаж, грозящий установке аварией. В том случае, если компрессор является элементом газотурбинного двигателя, помпаж может возникнуть на пу- сковых режимах. На этих же режимах, на их первом этапе (раскрутке) желатель- но снизить мощность, затрачиваемую пусковым устройством.Анализ работы ступеней, а также эксперименты, начатые нами в политехни- ческом институте штата Вирджиния (США) [3] и продолженные в РУДН, пока- зали, что обе цели (мгновенное прекращение помпажа и снижение затрачиваемой мощности) могут быть достигнуты путем уменьшения с помощью специальных кольцевых диафрагм площади F входа в компрессор. Как показали дальнейшие опыты, наиболее эффективна установка диафрагм у корня (втулки) лопаток не- посредственно перед входным направляющим аппаратом (рис. 1).Испытывался двухступенчатый компрессор, приводящийся во вращение элек- тродвигателем постоянного тока мощностью 6 кВт. Воздух подавался в ресивер16Шаталов И.К., Антипов Ю.А., Рамазанов Э.Р., Тузиков А.Д. Влияние частично перекрытого входа...объемом 1,81 м3, причем дроссельное устройство, регулирующее расход воздуха Gв, размещалось на выходе из ресивера. Лопатки статора и ротора спрофилиро- ваны по закону постоянства циркуляции и имели по высоте постоянное сечение. Относительный диаметр втулки Dвт/Dк = 0,675.Рис. 1. Схема проточной части компрессора с кольцевой диафрагмой (1)Крутящий момент M измерялся с помощью балансирного весового устройства. Расход воздуха определялся стандартным мерным соплом. Частота вращения n выдерживалась постоянной и равнялась 2000 мин.-1, что соответствовало UK = 47,9 м/с.Испытания проводились с двумя диафрагмами, закрывающими 25 и 50% пло- щади входа (F = 0,25 и 0,5).М, Нм109,2F = 0Nk1,00,928,47,86,8F = 0,5F = 0,250,840,760,680,08 0,12 0,16 0,20 0,24 Ca/UkРис. 2. Зависимость крутящего момента М и относительной мощности N от коэффициента расхода компрессора при трех величинах относительной площади перекрытия входаНа рисунке 2 приведены зависимости крутящего момента и относительной мощности NK = NK/NKO, потребляемой компрессором, от коэффициента расхода и относительной площади входа, закрываемой диафрагмами. Видно, что вели- чины М и NK при установке диафрагм во всех случаях меньше, чем эти же вели- чины при свободном входе воздуха (F = 0). Компрессор при F = 0,25 и F = 0,5 устойчиво работал при меньших расходах воздуха, чем при F = 0, и в нем не про- исходило помпажа при всех положениях дроссельной заслонки. При полном от- крытии дросселя крутящий момент и относительная мощность при F = 0,25 умень- шались на 9%, а при F = 0,5 - на 25% по сравнению с соответствующими вели- чинами при F = 0. Так как расход воздуха пропорционален соотношению Ca/UK, можно утверждать, что установка диафрагм уменьшает расход воздуха соответ- ственно на 12 и 41%. Такое непропорциональное снижение М, NK и расхода воз- духа свидетельствует о больших потерях в компрессоре при установке диафрагм на входе.17Вестник РУДН, серия Инженерные исследования, 2016, № 3Таким образом, проведенные эксперименты показали, что установка на входе в осевой компрессор диафрагм, частично перекрывающих вход воздуха, позво- ляет мгновенно прекратить помпаж при малых расходах и существенно уменьшить мощность, потребляемую компрессором при пуске.