Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лекции - Теория, расчет и конструирование компрессорных машин динамического действия - файл 11_Нестационарные процессы.doc


Загрузка...
Лекции - Теория, расчет и конструирование компрессорных машин динамического действия
скачать (6312.1 kb.)

Доступные файлы (22):

0_введение.doc37kb.29.01.2007 16:23скачать
0_обложка.doc667kb.26.01.2007 04:00скачать
10_Методы регулирования ТК.doc887kb.29.01.2007 22:01скачать
11_Нестационарные процессы.doc794kb.29.01.2007 23:48скачать
12_Проектирование.doc3407kb.30.01.2007 00:19скачать
13_роторы.doc702kb.30.01.2007 00:31скачать
14_Многоступенчатые компрессоры.doc1958kb.30.01.2007 00:42скачать
15_Уплотнения ТК.doc863kb.30.01.2007 16:13скачать
16_Технология.doc741kb.30.01.2007 01:30скачать
17_эксплуатация ТК.doc242kb.30.01.2007 01:32скачать
1_Классификация и принцип действия.doc251kb.29.01.2007 16:37скачать
2_Термодинамические основы.doc936kb.22.02.2007 19:03скачать
3_Газодинамические основы.doc1762kb.30.01.2007 16:35скачать
4_Физические явления.doc837kb.29.01.2007 17:25скачать
5_Безразмерные газодинамические параметры.doc861kb.11.05.2007 18:57скачать
6_Кинематические схемы ступеней КМДД.doc501kb.29.01.2007 18:19скачать
7_Пространственое течение.doc1865kb.05.07.2007 11:49скачать
8_Характеристики ТК.doc966kb.29.01.2007 21:36скачать
9_Работа компрессоров на сеть.doc631kb.29.01.2007 21:51скачать
Библиографический список.doc43kb.30.01.2007 04:36скачать
Литература.doc46kb.19.06.2004 02:22скачать
Оглавление.doc153kb.30.01.2007 04:29скачать

11_Нестационарные процессы.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
11. Нестационарные процессы в турбокомпрессорах
11.1. Виды нестационарных процессов
Наличие в проточной части турбокомпрессоров неподвижных и вращающихся лопаточных аппаратов приводит к тому, что даже на режимах устойчивой работы течение газа является нестационарным, т.е. параметры потока зависят от времени: P = f(), T = f(), C = f().

Нестационарные процессы определяют границы устойчивой работы турбокомпрессора, потери напора в проточной части, а также влияют на динамическую прочность деталей и аэродинамический шум.

Нестационарные процессы в турбокомпрессорах можно разделить на две группы (рис. 11.1) – аэродинамические и аэроупругие.

В аэроупругих процессах в отличие от аэродинамических, основную роль играет связь между аэродинамическими характеристиками ступени и упругостью элементов конструкции (лопаток). В центробежных компрессорах преимущественно наблюдаются аэродинамические нестационарные процессы, хотя возможны и аэроупругие процессы в компрессорах высокого и сверхвысокого давления и в ступенях с полуоткрытыми рабочими колесами.

В свою очередь аэроупругие процессы различают двух видов (рис. 11.1).

Аэродемпфирование – это процесс затухания колебаний лопаток при взаимодействии их с потоком газа.

Флаттер – это процесс возбуждения упругих колебаний в решетках лопаток, при котором энергия черпается от потока газа.

Аэроупругие процессы в большей степени влияют на динамическую прочность деталей турбокомпрессоров, эти явления изложены в [31].

Характеристики случайных аэродинамических процессов, таких как турбулентность и локальные отрывы потока, имеют вероятностный характер.

Для детерминированных процессов могут быть предсказаны законы изменения аэродинамических параметров, связанные с частотой вращения ротора, изменением потребления сжатого воздуха в течение суток.

Переходные процессы возникают при изменении режима работы компрессора (пуск, остановка, изменение начальных параметров, изменение запросов потребителя).

Для периодических процессов характерно циклическое изменение параметров потока (Р, С, Т) с периодом, связанным с периодом вращения ротора или с периодом автоколебательного процесса, вызванного потерей устойчивости.

Все эти процессы могут протекать одновременно, и пренебрежение какими – либо из них должно быть основано на анализе амплитуд и частоты пульсаций. Например, на записанной с помощью датчика давления тензометрического или пьезометрического типа диаграмме можно выделить периодическую составляющую и проанализировать пульсации, носящие случайный характер (рис. 11.2) [7].


Рис. 11.1. Классификация нестационарных процессов





Рис. 11.2. Осциллограмма давлений



Текущее значение давления можно представить в виде суммы

, (11.1)

где – среднее по времени значение параметра потока ;

– периодическая составляющая; – случайная составляющая.

Если , то , т.е. поток считают стационарным.

На устойчивом режиме работы частота пульсаций пропорциональна числу лопаток колеса и числу оборотов ротора (рис. 11.3). При потере устойчивой работы (вращающемся срыве) частота периодической составляющей пульсаций меньше частоты вращения ротора примерно в 10 раз. При попадании компрессора в помпаж частота пульсаций давления еще меньше, примерно в 100 раз, чем частота вращения ротора.
Рис. 11.3. Частотный анализ пульсаций на различных режимах работы компрессора
^ 11.2. Нестационарные процессы, связанные с неравномерностью распределения потока по окружности

Эта неравномерность создается из-за отсутствия осевой симметрии
в элементах проточной части (входного и выходного патрубков, улитки или сборной камеры, решеток рабочего колеса и направляющего аппарата осевой ступени, ЛД и ОНА).

Неоднородность потока может быть двух типов:

а) созданная неравномерностью потенциально потока (невязкого);

б) вызванная вязкостью (аэродинамические следы).
^ Неоднородность, созданная неравномерностью невязкого потока

Неравномерность в неподвижных элементах проточной части вызывает нестационарность во вращающемся роторе и, наоборот, неравномерность во вращающихся элементах компрессора создает нестационарность в неподвижных элементах. Такая однозначная связь позволяет легко определить основную частоту процесса f , Гц:

,

где ωp – угловая частота вращения ротора, рад/с; θ – пространственный период неравномерности, рад.

Наивысший пространственный период неравномерности, очевидно, θ = 2π.

Решетка из z лопаток уменьшает θ в z раз и соответственно увеличивает f

;

,

где z=1 – для улитки; z=zл.д – для лопаточного диффузора.

На рисунке 11.4 видно, что неравномерность, создаваемая невязким потоком распространяется как выше, так и ниже по потоку от источника (амплитуда пульсаций на диаметре D1 немного выше, чем на выходе из колеса D2).

Чтобы уменьшить аэродинамический шум и нагрузки, создаваемые этим типом неравномерности, снижают саму неравномерность: устанавливают разделительные ребра во всасывающую камеру; увеличивают диаметр установки лопаток ЛД; отказываются от использования бездиффузорных улиток или применяют сборные камеры вместо улиток.


Рис. 11.4. Источники неравномерности потока по окружности (углу поворота θ): а) бездиффузорная улитка; б) решетка ЛД
а) б)

Рис. 11.5. Амплитуды пульсаций давления вследствие неравномерности потока, вызванной: а) языком улитки; б) решеткой ЛД
Неоднородность потока, вызванная вязкостью

Наличие отрыва пограничного слоя на задней стороне лопатки приводит к образованию течения по типу «струя – след». Чередование вращающихся следов делает поток в неподвижной системе координат нестационарным, а это в свою очередь приводит к изменению углов α (рис. 11.6) и к обтеканию лопаток ЛД с переменными углами атаки.

Амплитуда пульсации давления и скорости тем больше, чем больше коэффициент расхода и чем ближе рассматриваемое сечение расположено к РК. Однако практически уже на диаметре (рис. 11.7) происходит выравнивание потока по окружности.


а) б)

Рис. 11.6. Влияние вязкости газового потока на структуру потока на выходе РК: а) схема течения «струя-след»; б) треугольник скоростей





Рис. 11.7. Снижение амплитуды пульсаций по мере удаления от диаметра D2


Амплитуда пульсаций может возрастать в каналах ЛД при выполнении условия резонанса:

,

где i = 1, 2, 3, … – любое целое число; l – длина канала ЛД; zРК – число лопаток РК; МС3, МU2 – числа Маха.
^ 11.3. Вращающийся срыв в турбокомпрессорах
Вращающийся срыв – это автоколебательный процесс в проточной части турбокомпрессора, при котором волны давления и скорости вращаются в проточной части с частотой, не кратной частоте вращения ротора.

Вращающийся срыв, как правило, предшествует помпажу, но в отличие от последнего не связан с характеристиками сети, а связан с отрывом потока в проточной части на режимах малой производительности.

Вращающийся срыв может возникнуть в любом элементе проточной части, где имеет место срыв потока. Однако сам отрыв пограничного слоя не обязательно приводит к возникновению вращающегося срыва.

Возникновение вращающегося срыва кроме ухудшения газодинамических характеристик может вызвать недопустимый уровень вибрации ротора. Особенно серьезными могут быть последствия вращающегося срыва в центробежных компрессорах высокого давления, что обусловлено более высокими энергетическими уровнями.

Явление вращающегося срыва было установлено в 60–70-х годах XX века и важным моментом для исследования данного процесса являлось установление механизма его возникновения.

Рассмотрим механизм образования вращающегося срыва на примере рабочего колеса осевого компрессора (рис. 11.8). Случайное увеличение углов атаки на лопатке 2 приводит к увеличению зоны отрыва и частичному загромождению межлопаточного канала (уменьшению расхода газа через него). В результате поток газа перераспределяется между соседними межлопаточными каналами так, что угол атаки i1 на 1-й лопатке падает, а на 3-й – растет. Таким образом, срывная зона начинает перемещаться во вращающихся координатах в сторону противоположную вращению (). В неподвижной системе координат срывные зоны перемещаются по вращению РК, но с меньшей окружной скоростью.



Рис. 11.8. Механизм образования вращающегося срыва
Вращающийся срыв характеризуется следующими параметрами:

  • число срывных зон zср.з. = 1, 2, …, 5, …;

  • угловая скорость вращения срывной зоны , поскольку , то ;

  • безразмерная угловая скорость вращения зоны (0…0,5).

Практически определить параметры вращающегося срыва можно, разместив, как минимум, два малоинерционных датчика давления, смещенных друг относительно друга на угол θ по окружности РК (рис. 11.9). Зарегистрировав на осциллографе смещение по времени между пиками диаграмм давлений Δτ можно определить угловую скорость зоны срыва, рад/с



и число срывных зон .

Рис. 11.9. К определению параметров вращающегося срыва

Рассмотрим особенности вращающегося срыва в осевых компрессорах.

В осевых компрессорах при небольших отношениях срывные зоны охватывают концы лопаток (рис. 11.10а). Причем с уменьшением производительности число этих зон растет, растет и амплитуда колебаний.
В ступенях с большим отношением срывные зоны полностью загромождают проточную часть по высоте лопатки, а напорная характеристика имеет разрыв (рис. 11.10б). Начало неустойчивой работы сразу вызывает колебания с большой амплитудой.

а) б)

Рис. 11.10. Характер образования срывных зон в проточной части осевого компрессора: а) малые ; б) большие

Механизм возникновения вращающегося срыва в лопаточных аппаратах центробежных компрессоров (РК и ЛД) аналогичен описанному выше механизму для осевых компрессоров, в качестве критерия выступают положительные углы атаки на входе в решетки, причем рабочее колесо более устойчиво к срыву, чем лопаточный и особенно безлопаточный диффузоры.

Для лопаточных решеток РК и ЛД условиями возникновения вращающегося срыва считаются следующие значения углов атаки соответственно и . Для БЛД таким условием является значение [12].

Вращающийся срыв в БЛД имеет следующие особенности:

  1. низкая скорость вращения зон срыва ;

  2. зоны срыва дислоцируются вблизи стенок диффузора, а в среднем сечении сохраняется положительная расходная составляющая скорости (рис. 11.11).



Рис. 11.11. Образование вращающегося срыва в безлопаточном диффузоре






Скачать файл (6312.1 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru