Рассогласование режимов работы ступеней многоступенчатого компрессора

 

Под рассогласованием режимов работы ступеней многоступенчатого компрессора понимают изменение начальных условий на входе в последующие ступени при изменении начальных условий на входе в предыдущие.

Рассмотрим характеристику двухступенчатого компрессора с одинаковыми напорными характеристиками ступеней (рис. 14.6).

Расчетному режиму соответствует точка А на характеристиках обеих ступеней. Суммарный напор компрессора, состоящего из двух ступеней:

H _Σ= H ₁+ H ₂.

При увеличении расхода через первую ступень до Q ₁ режим ее работы перейдет в точку В ₁. Вследствие уменьшения напора Н ₁ уменьшается отношение давлений в первой ступени π₁ и плотность за первой ступенью, а значит, объемный расход на входе во вторую ступень увеличится на некоторую величину (). Рабочая точка для второй ступени будет в точке В ₂. Аналогично, уменьшение расхода на входе в первую ступень, приводит к росту плотности и более существенному уменьшению объемного расхода через вторую ступень. Характеристика многоступенчатого компрессора в результате пойдет круче (рис. 14.6).

Рис. 14.6. Влияние сжимаемости газа на построение суммарной
характеристики двух последовательно работающих ступеней

 

Рассмотрим влияние сжимаемости газа на КПД многоступенчатого компрессора на основе безразмерных характеристик ступеней (рис. 14.7).

Рис. 14.7. Схема к определению влияния сжимаемости газа на рассогласование работы ступеней на нерасчетных режимах

 

Коэффициент расхода для первой ступени

,

при ρ_н, F _I, U _I = const коэффициент расхода прямо пропорционален массовому и объемному расходам ().

Коэффициент расхода для последней (z – й) ступени

.

 

При увеличении расхода (Δ G > 0) снижаются коэффициент напора и КПД первой ступени (ψ_{п I} ↓ и η_{п I} ↓), а также снижается и отношение давлений в первой ступени (π;_I ↓). Соответственно и плотность газа перед последней ступенью уменьшается (ρ_z ↓). Следовательно, при Δ G > 0 и F_z, U_z = const, коэффициент расхода последней ступени φ_z увеличивается более значительно, чем коэффициент расхода первой ступени при том же приращении Δ G.

Как видно из графиков (рис. 14.8а), зависимость коэффициента расхода от производительности компрессора является линейной только для первой ступени, а увеличение (уменьшение) плотности на входе в ступень z приводит к тому, что зависимость φ_z (G) имеет параболический вид

, где а >1.

Это приводит к существенно большему смещению рабочей точки на характеристике последней ступени от расчетного режима и большему, чем в первой ступени снижению КПД (рис. 14.8б). Таким образом, влияние сжимаемости приводит к тому, что характеристика КПД компрессора круто снижается на нерасчетных режимах. Это влияние тем сильнее, чем больше степень повышения давления в компрессоре (рис. 14.9).

 

а) б)

Рис. 14.8. К определению рассогласования режимов работы первой
и последующих ступеней многоступенчатого осевого компрессора:
а) зависимость коэффициента расхода от массового расхода для первой
и z-й ступеней: б) характеристики 1-й и z-й ступеней

Рис. 14.9. Влияние степени повышения давления в компрессоре на крутизну характеристики КПД на нерасчетных режимах