Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Помпаж турбины

Помпаж турбины

Помпаж турбины: признаки, причины, профилактика

Помпаж турбины это…? Так называется разновидность неисправности в механизме наддува двигателя. При ней появляется пульсационное давление, в результате которого на лопасти крыльчатки начинают действовать ударные нагрузки. За короткий срок может образоваться серьезный ущерб.

Пользоваться такими авто на котором выявили помпаж турбины не разрешается. Продолжительный помпаж турбины двс грозит деформациями воздушных колес, после чего неизбежно разрушение. Параллельно повреждаются всасывающий тракт и компрессор. При развитии процесса ухудшается тяга и усиливается вибрация, способная повредить двигатель.

Воздух пребывает в турбине более длительное время и, в результате, больше нагревается. Одновременно происходит чрезмерный нагрев различных узлов. Явление представляет собой циклический процесс. После достижения пика давления начинается стравливание воздуха в обратном направлении, а затем — новое нагнетание. Так повторяется, пока наддув не превысит сопротивление воздушной смеси.

Основные признаки помпажа турбины

Определить признаки помпажа турбины можно самостоятельно, благодаря ряду характерных симптомов. Достаточно наглядно снижается мощность наддува, исчезает тяга, интенсивно нагреваются двигатель и сопутствующие узлы, налицо усиление вибрации. Помогает обнаружить помпаж турбины звук в виде громкого хлопка. Причиной его возникновения является огромное сопротивление сжатой воздушной смеси, ухудшающее ее подачу внутрь компрессора. В итоге нарушаются нормальные функции диффузора. При критическом уровне сопротивления с крыльев колеса начинает срываться воздух с созданием описанных выше характерных хлопков. Затем наблюдается падение давления и повторение цикла.

Помпаж турбины причины

Поломка может произойти в турбокомпрессоре любой модели. Появлению способствует значительное количество факторов. К ним относятся:

  • повреждение лопастей компрессора;
  • неполное раскрытие дросселей;
  • повышение воздушного сопротивления до значений, превосходящих силе сжатия;
  • наличие нагара на турбинном колесе;
  • снижение пропускной способности интеркуллера;
  • нарушение синхронности в деятельности турбин.

Развитию проблемы содействует и увеличение температуры наддува из-за нарушенного функционирования воздухоохладителей. Отсутствие решетчатых заграждений перед сопловым механизмом может вызвать повреждение турбины обломками различных предметов или поршневых колец. Возрастание нагрева выхлопных газов, вызванное уменьшением расхода воздуха, тоже служит причиной неисправности.

Как избежать помпажа турбины?

Практика показывает, что чаще патология возникает при загрязнениях газовоздушных путей. Поэтому для ее предупреждения и устранения следует регулярно снимать нагар на защитных решетках, промывочных и выпускных окнах, проверять температуру газов в цилиндрах и воздуха в ресивере. Чтобы не произошел помпаж турбины дизеля, важно следить за состоянием клапанов, воздухозаборника (вакуум), фильтров, интеркулера и трубопровода.

Компания TurboRotor выполняет качественный ремонт турбин и проводит успешную диагностику различных неисправностей. Для этого используется современное оборудование. Стабильности и успеху способствуют также опыт и отменная квалификация персонала.

Помпаж. Неустойчивость работы.

Помпаж это неустойчивый режим работы насоса, компрессора или турбины, при котором резко изменяются подача и напор.

В системах, состоящих из центробежных и осевых машин и трубопроводов, возникновение неустойчивой работы обусловлено рядом причин
срывами потока с лопастей – при дроссельном регулировании до малых расходов.
резким изменением частоты вращения вала насоса – при изменении частоты и электрической сети
быстрым изменением расходов со стороны потребителей и т.д.

Содержание статьи

Помпаж это

Такие возмущения выводят систему из равновесия и в некоторых случаях могут привести к неустойчивой работе системы, выраженной в самопроизвольных колебаниях подачи, давления и мощности.

В тех случаях, когда такие колебания со временем затухают, система считается устойчивой. Однако при определенных условиях случайные возмущения вызывают колебания с возрастающей амплитудой, устойчивость не восстанавливается и в системе возникают автоколебания – помпаж.

Явление помпажа сходно с явлением резонанса при колебаниях механических систем.

Неустойчивость и помпаж насоса нежелательны вследствие нарушения постоянства рабочего режима установки. Помпаж опасен ввиду резкого, толчкообразного повышения давления в потоке и соответственно увеличения напряжения в рабочих частях системы.

Исследование устойчивости легко провести общеизвестным способом: если изменив одну их величин, определяющих явление, обнаруживают, что прочие величины стремятся привести процесс в исходное состояние, то процесс устойчив.

Процесс и причины помпажа.

Для иллюстрации помпажа рассмотрим вариант работы насоса на сеть с малой емкостью.

Характеристика сети в случае наличия дроссельного регулирования может занимать положение a, b, c, d и e так, что характеристика b касается характеристики насоса в точке В1, а с в точке С2. Предположим, что при работе насоса в точке D в сети произошло резкое увеличение расхода, при этом напор понизился, а сопротивление сети возросло.

Разность этих напоров уменьшит подачу до величины, соответствующей точке D. Таким образом, изменение расхода вызывает здесь такое измененеи напора, которое приводит процесс в исходное состояние.

Если предположить уменьшение расхода при работе в точке D, то возникает разность напоров, действующая со стороны машины, что приводит к возрастанию расхода до исходного (точка D).

Это указывает на устойчивость работы машины в точке D данной характеристики.

Теперь рассмотрим произвольную точку А2 на ветке В1С2 характеристики. Увеличение подачи выше QА2 , вызванное внезапным возмущением, обуславливает рост напора насоса и дальнейшее самопроизвольное увеличение подачи до величины, соответствующей точке А3.

При уменьшении подачи сопротивление сети оказывается больше напора, создаваемого насосом, и это вызывает дальнейшее уменьшение подачи(до точки А1). Поэтому ветка В1С2 – это ветка неустойчивой части характеристики.

Читать еще:  Что такое прожиг дизельного двигателя

Если каким-то способом насос поставлен на работу в точке А2 характеристики, то малейшее изменение в сети повлечет за собой сползание режима в точку А1 или А2 . Это и есть неустойчивость.

Обобщив эти соображения, можно отметить, что неустойчивой веткой характеристики является та часть, где восходящий участок характеристики насоса проходит круче характеристики трубопровода.

Работа агрегата при помпаже

Участок неустойчивой работы не может иметь места в тех случаях, когда характеристики насоса и сети пересекаются только в одной точке.

В случае работы насоса на сеть большой ёмкости также возможен помпаж.

Предположим, что центробежный насос работает в системе, обладающей очень малыми гидравлическими сопротивлениями.

При работе установки расход Qп поступает к потребителям из емкости А. Пусть Qп Qп , то давление в емкости А будет постепенно повышаться и характеристика сети (при отсутствии сопротивления это прямая линия) будет перемещаться вверх параллельно оси абсцисс.

Рабочая точка системы будет перемещаться по характеристике насоса вверх, а подача будет постепенно уменьшаться.

В тот момент, когда точка a займет положение агр , ещё имеется неравенство Qгр > Qп , а насос уже создает максимальное давление Ргр. Благодаря инерции среды, движущейся в каналах машины и всасывающей и напорной трубах, произойдет повышение давления в емкости до Ра > Ргр.

Наличие емкости А давления РА большего, чем давление Ргр , создаваемое машиной, вызовет торможение потока и обратное течение среды из емкости А через машину наружу.

Однако, вследствие указанного и наличия Qп через некоторое время давление в емкости А падает до давления холостого хода и центробежная машина вновь начинает подавать среду с расходом Q’

Но Q’ > Qп , поэтому давление в емкости А снова начнет возрастать и описанный выше процесс повторится. Установка будет работать в режиме помпажа, т.е. с периодическими колебаниями давления и подачи.

Применяя изложенный выше метод, можно доказать, что помпаж может возникать только в трубопроводных сетях большой емкости.

Предупреждение помпажа

Причины помпажа во многих случаях обусловлены срывом потока с лопастей. Поэтому при проектировании центробежных машин применяют следующие меры
скругление входной кромки лопастей
увеличение количества лопастей
применение рабочих колес с лопастями, сильно отогнутыми назад.

В условиях эксплуатации помпаж может быть предупрежден при помощи автоматического антипомпажного клапана. При этом попадание рабочей точки, определяющей режим установки, на неустойчивую ветвь характеристики становится невозможным, поскольку при повышении давлении перед дросселем клапан автоматически откроется и перепустит часть воздуха во всасывающую трубу или выпустит его в атмосферу.

Устройство предотвращения помпажа авиационного двухконтурного турбореактивного двигателя (трдд) на взлетном режиме

Владельцы патента RU 2251012:

Устройство для предотвращения помпажа авиационного двухконтурного турбореактивного двигателя на взлетном режиме содержит расположенную в промежуточном пространстве между внутренним и наружным контурами разделительную перегородку, делящую его на два газодинамически связанных отсека. Один из отсеков сообщается с наружным контуром, а другой через сопла — с окружающей средой. Между наружным контуром и промежуточным пространством установлены заслонки-воздухозаборники. Между промежуточным пространством и окружающей средой установлены сопла. Устройство снабжено датчиками соответственно приемистости и режима работы двигателя, установленным в промежуточном пространстве кольцевым охладителем, охватывающим корпус компрессора высокого давления. Сопла и заслонки-воздухозаборники снабжены приводными механизмами, регулирующими величины их площадей, а отсеки газодинамически связаны между собой посредством кольцевого охладителя. Изобретение позволяет уменьшить гидравлические потери в охлаждающем тракте при лучших весовых характеристиках устройства, предотвращающего помпаж авиационного двухконтурного турбореактивного двигателя на взлетном режиме. 2 ил.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения.

При эксплуатации авиационных ТРДД нередки случаи, когда при взлете самолета происходит помпаж двигателя. В результате создается аварийная ситуация, в лучшем случае происходит отмена рейса и досрочный съем двигателя для ремонта.

По оценкам FAA в США насчитывается 546, а во всем мире — 2200 двигателей с подобными недостатками. Общая стоимость операций по техобслуживанию и ремонту деталей ТРДД после помпажа на взлетном режиме оценивается в 8,7 миллиона долларов (см. Air et Cosmos, 2001, 11/V, №1795, р.31).

Основная причина помпажа при взлете самолета — уменьшение запасов устойчивой работы компрессора высокого давления (КВД) вследствие увеличения радиальных зазоров при работе двигателя на взлетном режиме после приемистости. Величины радиальных зазоров по ступеням КВД в течение нескольких десятков секунд после завершения приемистости значительно превышают расчетные величины. В результате происходит уменьшение запасов газодинамической устойчивости КВД, что в ряде случаев и приводит к помпажу двигателя на режиме взлета самолета.

Известен способ предотвращения помпажа (см. патент США №3267669, кл. 60-39.28, опубликован 23.08.66), в котором при начале помпажа перепускают часть топлива из топливной магистрали в топливный бак. Недостатком этих устройств является то, что они реагируют на уже произошедший помпаж и предотвращают его дальнейшее развитие, но при этом происходит значительное уменьшение тяги двигателя.

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является US Patent 4163366, MПK F 02 К 3/04, 1979, которое содержит расположенную в промежуточном пространстве между внутренним и наружным контурами разделительную перегородку, делящую его на два газодинамически связанных отсека, один из которых сообщается с наружным контуром, а другой — с окружающей средой, установленные между наружным контуром и промежуточным пространством заслонки-воздухозаборники и между промежуточным пространством и окружающей средой сопла.

Читать еще:  Что охлаждает двигатель машины

Предлагаемое устройство отличается тем, что оно снабжено датчиками соответственно приемистости и режима работы двигателя, установленным в промежуточном пространстве кольцевым охладителем, охватывающим корпус компрессора высокого давления, сопла и заслонки-воздухозаборники снабжены приводными механизмами, регулирующими величины их площадей, а отсеки газодинамически связаны между собой посредством кольцевого охладителя.

Недостатками прототипа являются:

— кольцевой охладитель, охватывающий корпус компрессора высокого давления, является внутренней обечайкой наружного контура. Воздух, входящий в промежуточный объем между наружным и внутренним контурами через входные отверстия и выходящий через выходные отверстия, протекает над корпусом компрессора с очень малой скоростью и не может эффективно охладить корпус компрессора. Поток воздуха осуществляется постоянно и на взлете и в полете. Скорость потока не регулируется;

— входные отверстия для ввода воздуха в промежуточный объем между наружным и внутренним контурами нерегулируемые;

— выходные отверстия также нерегулируемые.

Задача изобретения — предотвращение помпажа авиационного ТРДД в процессе взлета.

Техническим результатом предлагаемого устройства является предотвращение помпажа авиационного ТРДД посредством интенсивного охлаждения корпуса КВД в процессе взлета. Этот технический результат обеспечивается за счет того, что предлагаемое устройство для предотвращения помпажа авиационного двухконтурного турбореактивного двигателя на взлетном режиме содержит расположенную в промежуточном пространстве между внутренним и наружным контурами разделительную перегородку, делящую его на два газодинамически связанных отсека, один из которых сообщается с наружным контуром, а другой — с окружающей средой, установленные между наружным контуром и промежуточным пространством заслонки-воздухозаборники и между промежуточным пространством и окружающей средой сопла, отличается тем, что устройство снабжено датчиками соответственно приемистости и режима работы двигателя, установленным в промежуточном пространстве кольцевым охладителем, охватывающим корпус компрессора высокого давления, сопла и заслонки-воздухозаборники снабжены приводными механизмами, регулирующими величины их площадей, а отсеки газодинамически связаны между собой посредством кольцевого охладителя.

На фиг.1 изображена схема предлагаемого устройства. На фиг.2 показана структурная схема управления.

Заявляемое устройство содержит: кольцевой охладитель 1, корпус 2 компрессора высокого давления (КВД), промежуточное пространство 3, заслонки-воздухозаборники 4, исполнительные механизмы 5 управления заслонками-воздухозаборниками, разделительную перегородку 6, регулируемые сопла 7, исполнительные механизмы 8 управления соплами, отсек 9 перед разделительной перегородкой, отсек 10 за разделительной перегородкой, датчик 11 приемистости, датчик 12 режима работы двигателя, САУ 13 двигателя.

Работа устройства заключается в следующем.

По сигналам датчика 11 приемистости и датчика 12 режима работы двигателя САУ 13 двигателя выдает сигналы на исполнительные механизмы 5 и 8 для открытия регулируемых сопел 7 и заслонок-воздухозаборников 4 для интенсивного охлаждения корпуса 2 КВД. Воздух из наружного контура через регулируемые заслонки-воздухозаборники 4 поступает в передний отсек 9 перед разделительной перегородкой 6 в промежуточном пространстве 3, а затем через кольцевой канал между охладителем 1 и корпусом 10 КВД выходит в отсек 10 за разделительной перегородкой 6. Из отсека 10 воздух выпускается в окружающую среду через регулируемые сопла 7. Величина скорости потока, обдувающего корпус КВД, определяется величинами площадей регулируемых сопел 7 и заслонок-воздухозаборников 4, которые устанавливаются на основании расчетных или экспериментальных данных и задаются в память САУ 13 двигателя. После завершения работы двигателя на взлетном режиме САУ 13 двигателя выдает сигналы на исполнительные механизмы 5 и 8 для прикрытия регулируемых сопел 7 и заслонок-воздухозаборников 4 для прекращения интенсивного охлаждения корпуса КВД и установления охлаждения корпуса, необходимого для поддержания минимальных величин радиальных зазоров в КВД на крейсерских режимах полета.

Предлагаемое устройство обеспечивает предотвращение помпажа ТРДД на взлетном режиме и, кроме того, может быть использовано для поддержания минимальных величин радиальных зазоров в КВД на крейсерских режимах полета.

Устройство для предотвращения помпажа авиационного двухконтурного турбореактивного двигателя на взлетном режиме, содержащее расположенную в промежуточном пространстве между внутренним и наружным контурами разделительную перегородку, делящую его на два газодинамически связанных отсека, один из которых сообщается с наружным контуром, а другой через сопла — с окружающей средой, установленные между наружным контуром и промежуточным пространством заслонки-воздухозаборники и между промежуточным пространством и окружающей средой сопла, отличающееся тем, что устройство снабжено датчиками, соответственно, приемистости и режима работы двигателя, установленным в промежуточном пространстве кольцевым охладителем, охватывающим корпус компрессора высокого давления, сопла и заслонки-воздухозаборники снабжены приводными механизмами, регулирующими величины их площадей, а отсеки газодинамически связаны между собой посредством кольцевого охладителя.

Помпаж (авиация)

Помпа́ж (фр. pompage ) — срывной режим работы авиационного турбореактивного двигателя, нарушение газодинамической устойчивости его работы, сопровождающийся хлопками в воздухозаборнике из-за противотока газов, дымлением выхлопа двигателя, резким падением тяги и мощной вибрацией, которая способна разрушить двигатель. Воздушный поток, обтекающий лопатки рабочего колеса, резко меняет направление, и внутри турбины возникают турбулентные завихрения, а давление на входе компрессора становится равным или бо́льшим, чем на его выходе.

Читать еще:  Шевроле авео т300 схема двигателя

В зависимости от типа компрессора помпаж может возникать вследствие мощных срывов потоков воздуха с передних кромок лопаток рабочего колеса и лопаточного диффузора или же срыва потока с лопаток рабочего колеса и спрямляющего аппарата.

Основным способом борьбы с помпажом является применение нескольких соосных валов в двигателе, вращающихся независимо друг от друга с различными скоростями вращения. Каждый из валов несет часть компрессора и часть турбины. Первая (от воздухозаборника) часть компрессора (компрессор низкого давления, КНД) соединяется с последней частью турбины (турбина низкого давления). Современные двигатели имеют обычно два или три вала. Валы более высокого давления вращаются с более высокими скоростями, сообщая воздуху высокого давления требуемую кинетическую энергию. Кроме того, предусматривают механизацию компрессора:

  • поворотные лопатки направляющего аппарата компрессора (регулируемый направляющий аппарат, РНА), ограничивающие на переходных режимах расход воздуха на входе в компрессор, а в некоторых двигателях (ТВ3-117, НК-8) обеспечивающие оптимальный угол натекания воздуха на лопатки (улучшая обдувку спинок лопаток, на которых и образуется срыв);
  • клапаны перепуска воздуха (КПВ), сбрасывающие избыточное давление на промежуточных ступенях компрессора двигателя, облегчая прохождение воздуха через компрессор на нерасчётных режимах (расчётным режимом считается работа на номинальной мощности).

Практически на всех двигателях антипомпажные меры приняты комбинированно: например, ТВ3-117 имеет лишь один вал (вал свободной турбины, приводящей трансмиссию вертолёта, в работе самого двигателя не участвует), но РНА имеют целых 4 первых ступени компрессора (из 12-ти), а за 7-й ступенью установлен КПВ.

Возникающие при срыве потока со спинок лопаток вихри неустойчивы и имеют тенденцию к самовозрастанию. Образующаяся вихревая пелена, распространяясь в межлопаточном канале, уменьшает эффективное сечение потока, в результате чего расход воздуха значительно уменьшается. Наступает момент, когда вихри полностью заполняют межлопаточные каналы, подача воздуха компрессором при этом прекращается. В последующее мгновение происходит смывание вихревой пелены, при этом возможен выброс воздуха на вход в компрессор. Повторное и многократное поджатие одной и той же порции воздуха в компрессоре при помпаже приводит к повышению температуры воздуха на входе в компрессор (в результате многократного подвода энергии к одной и той же массе воздуха). [1]

Работа двигателя в режиме помпажа быстро приводит к его разрушению из-за недопустимого повышения температуры газов перед турбиной и потери прочности её лопаток, поэтому при его возникновении двигатель должен быть переведен в режим «малый газ» (на котором помпаж исчезнет сам собой) или отключен. Рост температуры газов может достигать нескольких сот градусов в секунду, и время принятия решения экипажем ограничено.

На современных двигателях предусмотрена противопомпажная автоматика, обеспечивающая автоматическое, без участия экипажа, устранение помпажа путем обнаружения помпажных явлений через измерение давления и пульсаций давления на разных участках газовоздушного тракта; кратковременного (на доли секунды) снижения или прерывания подачи топлива, открытия перепускных заслонок и клапанов, включения аппаратуры зажигания двигателя, восстановления подачи топлива и восстановления режима работы двигателя. Устанавливается сигнализация на приборных досках экипажа и производится запись в бортовых регистраторах параметров полета.

Например, на двигателях Д-36 (двигатель самолётов Ан-72, Ан-74, Як-42), Д-136 (двигатель тяжёлого вертолёта Ми-26), Д-436 (Ан-148, Бе-200) устанавливается сигнализатор помпажа ПС-2-7, по конструкции схожий с вариометром: его контакты замыкаются при большой скорости изменения давления за компрессором и зажигают табло «Помпаж», кроме того, на Ан-72 и Ан-74 режим работы двигателя автоматически снижается до 0,7 номинального, на вертолёте Ми-26 открываются клапаны перепуска воздуха из-за КНД.

На самолёте Ту-22М3 в системе электронного управления двигателями ЭСУД-25 имеется канал АПФ — автоматика помпажа и форсажа, которая в случае появления противотока газов в газовоздушном тракте двигателя (который определяется блоком термопар и штатными датчиками двигателя) автоматически, за время менее 1 сек. отключает подачу топлива и производит перезапуск двигателя, с зажиганием табло «Помпаж». На взлёте эта автоматика блокируется.

Содержание

  • 1 Причины возникновения
  • 2 Разное
  • 3 См. также
  • 4 Примечания
  • 5 Литература

Причины возникновения [ править ]

Помпаж вызывается сильными отклонениями в работе двигателя от расчетных режимов:

  • вывод самолета за критические углы атаки;
  • разрушение и отрыв лопаток рабочего колеса (например, из-за старости);
  • попадание в двигатель постороннего предмета (птицы, снега, фрагмента бетонного покрытия ВПП);
  • попадание в воздухозаборник пороховых газов при стрельбе из пушек или пусках ракет на боевых самолетах;
  • попадание в воздухозаборник продольного вихря.
  • ошибками, допущенными при проектировании или сбоями в работе системы управления двигателя и (или) управляемого воздухозаборника;
  • сильным боковым ветром при запуске двигателя на аэродроме (ранние модели двигателей JT-9D);
  • низким давлением окружающего воздуха (в жаркую погоду в горах).
  • помпаж входного устройства может возникнуть на больших сверхзвуковых скоростях полета при значительном увеличении количества воздуха, подводимого к двигателю, по сравнению с расходом воздуха через двигатель, т.е. когда пропускная способность диффузора значительно превышает потребности двигателя в расходе воздуха.

Разное [ править ]

Одним из первых термин помпаж по отношению к реактивному двигателю применил академик Б. С. Стечкин в 1946 году [2] .

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector