Что такое помпаж дизельного двигателя

Помпаж

Помпаж (от фр. pompage) — срывной режим работы авиационного турбореактивного двигателя, нарушение газодинамической устойчивости его работы, сопровождающийся хлопками, 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.

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 несёт часть компрессора и часть турбины. Первая (от воздухозаборника) часть компрессора (компрессор низкого давления) соединяется с последней частью турбины (турбина низкого давления). Современные двигатели имеют обычно 2-3 вала. Валы более высокого давления вращаются с более высокими скоростями. Кроме этого для предупреждения помпажа в авиационных реактивных двигателях предусматривают поворотные лопатки входного направляющего аппарата (ВНА, inlet guide vanes — IGV) компрессора и воздушные клапаны перепуска (blowoff valves), которые сбрасывают избыточное давление на промежуточных ступенях компрессора двигателя. Одновальные двигатели оснащаются более мощной механизацией компрессора, многовальные имеют простую механизацию. Одновальные со свободной турбиной вертолётные двигатели ТВ2-117 и ТВ3-117 (Ми-8, Ми-24) имеют регулируемые НА первых 3-х и 4-х ступеней соответственно и клапан перепуска на одной из ступеней компрессора, одновальный двигатель НК-12М (Ту-95, Ан-22) — регулируемый ВНА и 5 клапанов перепуска, трёхвальный Д-36 (Ан-72 и Ан-74, Як-42) — только клапаны перепуска на двух ступенях, а регулируемые НА механического привода не имеют и фиксируются после стендовой регулировки двигателя.

Работа двигателя в режиме помпажа быстро приводит к его разрушению из-за недопустимого повышения температуры газов перед турбиной и потери прочности ее 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. Она 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.

Причины возникновения

Помпаж вызывается сильными отклонениями в работе двигателя от расчетных режимов:

• Вывод самолета на закритические 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;

• 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);

Предупреждение помпажа турбокомпрессора

Помпаж турбокомпрессора (т. е. неустойчивая работа компрессора, проявляющаяся в пульсации воздушного потока и сопровождающаяся периодическим выбросом воздуха обратно в воздухоочиститель с характерным хлопком) возникает при уменьшении расхода воздуха через компрессор. Такое явление может возникать при: загрязнении воздухоохладителей; закоксовании продувочных и выпускных окон втулок цилиндров; закоксовании соплового аппарата турбокомпрессоров; повреждении лопаток турбины и соплового аппарата; засорении воздухоочистителей.

Кроме этих причин, связанных с возрастанием сопротивления в газовоздушном тракте дизеля, могут иметь место случаи помпажа из-за несимметричной работы двух параллельно включенных в сеть турбокомпрессоров. Такая работа турбокомпрессоров объясняется разницей в параметрах проточной части турбины одного и другого, главным образом разницей суммарного проходного сечения сопловых аппаратов, что может возникнуть при повреждении лопаток.

Значительная разница в частоте вращения роторов турбокомпрессоров — основной признак несимметричности их работы. Для того чтобы не допускать возникновения помпажа турбокомпрессоров в эксплуатации, необходимо обеспечить синхронную работу турбокомпрессоров, предотвратить рост гидравлического сопротивления газовоздушного тракта дизеля.

Эксплуатация тепловозов при наличии помпажа запрещается.

Если в эксплуатации был зафиксирован помпаж, то очистите выпускные и продувочные окна втулок цилиндров, проверьте чистоту воздушной части воздухоохладителей, при необходимости очистите и проверьте чистоту фильтрующих кассет воздухоочистителей.

Если помпаж повторяется после выполнения этих работ, снимите турбокомпрессор и проверьте состояние лопаток турбины и соплового аппарата, а также суммарное сечение сопел соплового аппарата. Обнаруженные дефекты устраните. Сечение сопел проверяйте шаблоном. Суммарная площадь сечения сопел должна быть 117—120 см 2 . В случае полной исправности проточной части турбины снятого турбокомпрессора снимите второй турбокомпрессор для выполнения тех же работ.

ЗАПРЕЩАЕТСЯ:

1. Применять меры для предупреждения и устранения помпажа, не предусмотренные настоящей инструкцией.

Устанавливать на дизель турбокомпрессоры разных модификаций.

Назначение Д1, Д2, Д3, РВ2

Работа электрической схемы при пуске дизеля и на холостом ходу. Для подготовки питания цепей автоматического пуска дизелей в аппаратных ка­мерах трех секций тепловоза включите разъединители аккумуляторных бата­рей ВБ, а на задней стенке кабин автоматы Робота дизеля, Топливный на­сос. Положения выключателей и тумблеров при работе тепловоза тремя секция­ми, двумя, одной показаны в табл. 25. Затем на пульте управления маши­ниста ведущей секции вставьте рукоятку блокировки тормоза БУ, включите автомат Управление, вставьте и установите в одно из рабочих положений Впе­ред или Назад рукоятку реверсивного механизма контроллера КМ.

При включении автомата Работа дизеля получит питание электропневмати­ческий вентиль МР5 объединенного регулятора дизеля, который удерживает индуктивный датчик, выведенный на минимальный упор при остановке дизеля, до 4-й позиции контроллера, что необходимо для облегчения пуска дизеля в связи с введением корректора наддува воздуха. Цепь питания вентиля: зажим 1/4, автомат Работа дизеля, провода 314, 442, размыкающий контакт РУ10 и далее на катушку МР5.

После включения тумблера ТН1 (Топливный насос) на ведущей секции получает питание и включается контактор КТН. Катушка КТН питается по цепи: зажим 1/4(+) автомат А5 (Работа дизеля), провода 314, 442, размыкаю­щие контакты реле РУ7, катушка КТН, и далее на «минус» цепи через включен­ный тумблер ТН1.

1) замыкающим контактом (225, 253) включает топливоподкачивающий насос (ТН);

2) замыкающим контактом (327, 372) подготавливает цепь питания катушки реле РУ6;

3) замыкающим контактом (440, 236): подает «плюс» на обмотку возбуждения ВГ, т.е. подключает БРН; замыкает цепь питания катушки вентиля ВП6, отключающего левый ряд топливных насосов при работе дизеля без нагрузки; замыкает цепь питания катушки вентиля ВП9, отключающего пять топливных насосов при работе дизеля на холостом ходу и 1-й позиции контроллера;

4) размыкающим контактом (372, 329) в цепи Д1—ДЗ предотвращает проворот вала дизеля при работающем топливном насосе.

Последующие операции пуска выполняются автоматически, достаточно на­жать кнопку «Пуск дизеля» (ЯДУ). После этого включается реле РУ6 по цепи: зажим 77/2 «+», автомат Управление, замкнутые контакты блокировки тор­моза БУ и реверсивного механизма контроллера в положении Вперед или Назад (1222, 1242), замкнутый на нулевой позиции контакт 4 контроллера (1242, 1236), кнопка ПД1 (1236, 318), резистор СУ1 (324, 342), размыкающие контакты реле РУ9 (342, 337), замыкающий контакт КТН (372, 327), размы­кающий с выдержкой времени при размыкании контакт реле РВ2 (327, 334) и далее на катушку реле РУ6.

Реле РУ6 одним замыкающим контактом (200, 220) включает контактор КМН и, следовательно, реле времени РВ1, а другим (442, 337) замещает пи­тание цепей автоматического пуска дизеля (от автомата А5), минуя кнопку пуска дизеля ПД1. Размыкающими контактами (256, 1291 и 915) разрываются цепи питания катушек ВП9 и РУ7 на время пуска дизеля.

Контактор КМН замыкающими контактами:

1) (294, 295) включает электродвигатель маслопрокачивающего насоса МН;

2) (325, 326) подготавливает цепь питания пусковых контакторов Д1—Д3.

По истечении выдержки времени на прокачку маслом дизеля замыкающий контакт реле РВ1 (217, 218) подает питание на реле РУ4 и, следовательно, через контакты контактора КМН, КВ, блокировки 105 (валоповоротного ме­ханизма) на катушку пускового контактора Д1.

1) главным контактом (492, 494) подключает к «минусу» аккумуляторной ба­тареи пусковую обмотку (П1—Д2П2) тягового генератора;

2) вспомогательным контактом (241, 246) включает контактор ДЗ ведущей секции и через разъем межтепловозного соединения (50) — контакторы ДЗ ведомых секций,

3) вспомогательным контактом (367, 243) создает цепь питания катушки злектропневматического вентиля ВП7, который открывает доступ сжатого воздуха к поршню ускорителя запуска дизеля.

Главные контакты контактора Д3 (01Ш8, 390) соединяют «плюсы» аккуму­ляторных батарей трех секций на время пуска дизеля. «.Минусы» батарей сое­динены проводами 393, 293 постоянно.

Замыкающий вспомогательный контакт контактора ДЗ (249, 245) подает питание на катушку контактора Д2, другой вспомогательный контакт ДЗ (242, 247) включает тяговый электромагнит ЭТ объединенного регулятора ди­зеля и реле времени РВ2.

Главный контакт контактора Д2 (493, 537) замыкает силовую цепь пуска, подключая «плюс» аккумуляторной батареи к тяговому генератору, который, работая в режиме электродвигателя, производит пуск дизеля.

Перемещение поршня обеспечивает нагнетание масла в аккумулятор регу­лятора частоты вращения вала дизеля. При этом шток сервомотора регулятора, перепускной клапан которого перекрыт включенным ранее электромагнитом ЭТ, перемещает рейки топливных насосов в положение подачи топлива, уско­ряя пуск дизеля.

При нормальном пусковом процессе (давление масла в конце верхнего кол­лектора дизеля достигает 0,05—0,06 МПа (0,5—0,6 кгс/см 2 ) срабатывает реле давления масла РДМ1. Через контакты РДМ1 подается питание на катушку реле РУ9 по следующей цепи: автомат А5 Работа дизеля, провода 314, 440, контакт КТН, провод 239, контакт РДМ1, провода 227. 228.

1) замыкающим контактом (228, 230) дублирует при пуске питание электро­магнита ЭТ наряду с контактами контактора ДЗ, осуществляя это самостоя­тельно при работе дизеля, а контактом (228, 1328) через межтепловозные соеди­нения включает сигнальную лампу Работа дизеля в кабине другой крайней секции;

2) размыкающим контактом (442, 337) обесточивает катушку реле РУ6 и одновременно катушки контакторов Д1—ДЗ, отключающих генератор от аккумуляторной батареи, и контактора К.МН, останавливающего электродви­гатель маслопрокачивающего насоса МН.

Через размыкающие контакты контакторов Д1 и ДЗ (918, 919, 917) подает­ся питание на независимую обмотку возбуждения вспомогательного генератора ВГ и регулятор напряжения БРН, обеспечивающие подзаряд батареи и пи­тание цепей управления. На время пуска дизеля одной секции при работающей другой эти контакты размыкаются, защищая вспомогательный генератор от перегрузки и выхода его из строя. Этими же контактами на время пуска разры­вается цепь питания вентиля ВП6, обеспечивая пуск дизеля на 20 топливных насосах.

Замыкающий контакт КМН (325, 326) позволяет включение контакторов Д1—ДЗ только при работающем маслопрокачивающем насосе в момент пуска дизеля. Размыкающий контакт контактора KB (326, 287) исключает ошибочное включение контакторов Д1—ДЗ при работе тепловоза в тяговом режиме. Размыкающий контакт реле РУ8 (442, 337) предотвращает пуск дизеля на по­зициях контроллера выше первой.

Реле времени РВ2 контролирует продолжительность раскрутки вала ди­зеля при пуске, которая может затянуться по различным причинам. Оно отре­гулировано на выдержку времени (30+1,2) с, после чего своим контактом (334, 327) разрывает цепь питания катушки реле РУ6, прекращая пуск дизе­ля.

Размыкающий контакт контактора Д2 (108, 177) разрывает цепь питания реле РУ2, исключая возможность включения контакторов KB и ВВ и тем са­мым предохраняя аккумуляторную батарею и цепи 220 В от высшего напряже­ния тягового генератора при случайном включении пусковых контакторов. Контакт РУ9 (110, 1347) разрывает цепь питания реле РУ2, снимая возбужде­ние генератора и возбудителя в случае аварийной или случайной остановки ди­зеля при работе под нагрузкой.

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.

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] .

Неустойчивая работа компрессора. (помпаж)

Тема 3.4 Неустойчивая работа компрессора

1. Неустойчивая работа компрессора. (помпаж)

2 Факторы, влияющие на помпажные явления в компрессоре

Неустойчивость работы выражается в появлении вибраций лопаток и всего компрессора, усилении шума и возникновении пульсаций воздуха; в некоторых случаях наблюдается выброс воздуха во всасывающий патрубок. Все эти явления, характеризующие неустойчивую работу компрессора, принято называть помпажем. Границу помпажа, или границу устойчивой работы компрессора можно получить, определив для каждого числа оборотов режим, когда появляется помпаж, и соединив точки, характеризующие эти режимы, плавной кривой. Рабочие режимы компрессора располагаются вправо от границы помпажа; слева от нее устойчивая работа компрессора невозможна. Таким образом, граница помпажа устанавливает допустимую область эксплуатационных режимов работы компрессора.

Необходимо выяснить, хотя бы в общих чертах, причины, которые вызывают неустойчивую работу компрессора. Установлено, что явление помпажа обусловлено особенностями обтекания воздухом проточной части компрессора. Помпаж является следствием воздействия периодических срывов потока с передних кромок лопаток рабочего колеса и диффузора, сопровождающихся расширяющейся областью вихреобразования. Срыв потока объясняется тем, что на нерасчетных режимах работы компрессора направление относительной скорости воздуха не совпадает с направлением передних кромок лопатки. Однако не всякий срыв потока приводит к помпажу.

Чтобы выяснить условия появления помпажа, рассмотрим три характерных случая работы компрессора при постоянном числе оборотов (п = const, а следовательно, и и = const): 1) объемный расход воздуха равен расчетному (Q_B = Q_BP); 2) объемный расход воздуха больше расчетного ,(Q_В > Q_BP); 3) объемный расход воздуха меньше расчетного (Q_B

Второй случай обтекания (рис. 8.8, б) наблюдается при условии, когда расход воздуха больше расчетного. При этом угол меньше конструктивного угла . Разность углов на рисунке указана величиной .

Срыв потока и образование вихрей происходят на вогнутой стороне рабочих лопаток и на выпуклой стороне лопаток диффузора.

При направлении окружной скорости и₁, показанном стрелкой, воздух под действием сил прижимается к вогнутой стороне рабочих лопаток, препятствуя распространению срывной зоны. По тем же причинам воздух, прижимаясь к выпуклой поверхности лопаток диффузора, не позволяет расшириться области срывов в межлопаточных каналах. Таким образом, в рассматриваемом случае срыв потока и вихреобразование не вызывают явлений помпажа, увеличивая лишь потери на удар и вихреобразование.

Если расход воздуха оказывается меньше расчетного, вектор относительной скорости с отрицательным углом атаки направлен так, что удар потока происходит в вогнутую поверхность рабочих лопаток, а срыв потока — с выпуклой поверхности (рис. 8.8, в). В диффузоре удар потока отмечается на выпуклой поверхности лопаток, а срыв потока — на вогнутой поверхности. Срывы воздушных потоков у осевых компрессоров в зависимости от изменений угла атаки могут происходить у вершины лопаток или у их корня. При значительном изменении угла атаки локальные срывы распространяются на всю высоту лопаток. Силы инерции способствует распространению срывной зоны по всему объему межлопаточных каналов рабочего колеса и диффузора.

При уменьшении расхода воздуха ниже определенной величины срывы потоков приводят к периодически повторяющимся «закупоркам» проточной части, сопровождающимся явлениями обратного выброса воздуха из компрессора. Работа становится неустойчивой, происходит периодическая пульсация давлений и скоростей воздуха. Воздействие переменных давлений приводит к вибрации лопаток и корпуса компрессора, т.е. появляются признаки ненормальной работы, которые характеризуют помпаж. Наступление помпажа зависит также от режима работы дизеля; например, опасность помпажа возрастает при неравномерном распределении нагрузки по цилиндрам.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет