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 Q_А2 , 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.

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 Q_п Q_п , 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 а_гр , ещё имеется неравенство Q_гр > Q_п , а насос уже создает максимальное давление Р_гр. Благодаря инерции среды, движущейся в каналах машины и всасывающей и напорной трубах, произойдет повышение давления в емкости до Р_а > Р_гр.

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

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

Но Q’ > Q_п , 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.

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 турбокомпрессора. Причины и способы предотвращения.

Общие сведения о помпаже нагнетателя

1.1. Определение. Помпажом называют резкие колебания давления в системе «нагнетатель-сеть». При помпаже расход и потребляемая мощность могут изменяться от нуля до номинала, возможен периодический выброс газа из напорной полости на всас нагнетателя.

1.2. Процесс возникновения. При штатной работе нагнетателя поток газа имеет определённый расчётный угол атаки (i) на рабочие лопатки (рис. 1.1.). При таком угле входа потока в рабочее колесо обтекание лопаток нагнетателя происходит плавно, без завихрений.

Угол входа потока (i) зависит прежде всего от расхода газа через нагнетатель. При снижении расхода этот угол увеличивается, при увеличении расхода уменьшается. В случае снижения расхода газа через нагнетатель до значения примерно 60% от расчётного, угол атаки (i) увеличится до критического значения и произойдёт так называемый срыв потока с рабочей лопатки (рис.1.2.).

В результате этого срыва резко снизится эффективность работы ступени нагнетателя, т. е. упадёт степень сжатия. Давление, создаваемое нагнетателем в напорной полости будет намного меньше чем в напорном коллекторе (за краном №?2) и газ с более высоким давлением из напорной полости устремится на всас нагнетателя. Т.е. возникнет обратное течение газа в проточной части нагнетателя. Установленный перед краном №?2 обратный клапан закрывается, отсекая напорный коллектор от полости нагнетателя, давление на выходе нагнетателя падает до значения меньшего, чем создаваемое нагнетателем, и нагнетатель возобновляет подачу газа в прямом направлении до расхода, при котором возникает обратное течение, а затем процесс повторяется. При помпаже обратный клапан на линии крана №?2 служит для предотвращения перетока газа из напорного коллектора на всас нагнетателя.

Помпаж двигателя: что это такое и чем он грозит самолету

Те, кто хотя бы чуть-чуть интересовался авиацией, мог услышать загадочный термин – «помпаж двигателя». Это достаточно сложное явление, которое может стать причиной серьезных последствий. Поэтому сегодня и разберемся с тем, чем же является помпаж, когда он происходит и самое главное – какую угрозу он представляет для самолета и всех, кто находится у него на борту в момент полета.

Неприятное явление. |Фото: samoleting.ru.

Помпаж двигателя самолета – это особый режим работы агрегата, при котором происходит нарушение его газодинамической устойчивости. Можно сказать, что в такой момент двигатель самолета «срывается». Чаще всего данное явление сопровождается крайне характерными громкими хлопками в тракте двигателя, вибрацией, падение тяги, а в некоторых случаях, еще и извержением пламени из сопла! В совокупности все перечисленные факторы могут стать причиной разрушения агрегата прямо во время полета.

Бывает у разных двигателей. |Фото: yandex.ru.

Возникает помпаж по причине срыва воздушного потока и попадания его на лопатки рабочего колеса. Резкое изменение направления воздуха становится причиной образования турбулентных завихрений в турбине, что в свою очередь приводит к изменению давления на входе в компрессор агрегата.

С этим не шутят. |Фото: kazlenta.kz.

Спровоцирован помпаж двигателя может из-за нарушения геометрии уже упомянутых лопаток. Также причиной помпажа может стать попадание в двигатель постороннего предмета, например, птицы. В редких случаях на вероятность возникновения помпажа влияют погодные условия. Чаще всего подобное случается при сильном боковом ветре в момент запуска двигателя, а также низкое атмосферное давление при высокой температуре воздуха.

Современные двигатели неплохо защищены. ¦Фото: aerospacetech.ru.

Для того, чтобы не допустить помпажа двигателя, в современных агрегатах устанавливается несколько соосных валов. Они не способны нивелировать риски в полной мере, однако существенно их сокращают. Нужны соосные валы для того, чтобы в случае срыва двигателя в одной части, его другая часть продолжила работать и предотвратила негативное явление. Помимо этого, в современных агрегатах имеются специальные клапаны перезапуска воздушного потока и поворотные лопатки, способные менять направление тока воздуха.

Также все пилоты умеют правильным образом направлять самолет в пике в случае возникновения помпажа в двигателе. С высокой долей вероятности это поможет решить проблему и не даст двигателю развалиться.

Причины помпажа

Главная причина помпажа — снижение расхода газа через нагнетатель. Это может произойти по следующим причинам:

• Пониженной частоты вращения ротора нагнетателя по сравнению с параллельно работающими ГПА
• Влияние параллельно включенных более напорных нагнетателей. (Например работа в один напорный коллектор нагнетателей со степенями сжатия 1,44 и 1,5 может привести к помпажу нагнетателя с меньшей степенью сжатия).
• Колебания давления в сети. (Например в следствии падения давления на входе в нагнетатель из-за утечки газа или самопроизвольном закрытии кр.№?7 или СОК).
• Самопроизвольная перестановка кранов в обвязке нагнетателя. (Закрытие кр.№?1 приведёт к падению давления на всасе и создаваемой нагнетателем степени сжатия будет недостаточно для передавливания давления напорного коллектора, закрытие кр.№?2 приведёт к чрезмерному росту давления за нагнетателем).
• Попадание постороннего предмета на защитную решетку или её обмерзание.
• «Запирание» выходного коллектора в следствии роста температуры газа. (Это происходит из-за роста давления при росте температуры в постоянном объёме трубопровода).

Системы защиты двигателя от помпажа

Назначение систем защиты двигателя от помпажа — не допустить нарушения ГДУ компрессора и работы двигателя при потере ГДУ. Системы защиты подразделяются на два типа:

(1) системы кратковременного повышения запасов устойчивости (СКПЗУ) СУ;

(2) системы вывода двигателя из режима потери ГДУ (помпажа, вращающегося срыва) и восстановления исходного режима (СВР).

Системы защиты должны быть работоспособны во всех условиях эксплуатации J1A: при различных высотах и скоростях полета, изменении состояния атмосферы, вибрационных нагрузках, эволюциях J1A и др.

Они имеют световую и/или звуковую сигнализацию в кабине экипажа о потере ГДУ и сигнализацию об их неисправности.

Системы кратковременного повышения запасов устойчивости предназначены для предотвращения нарушения ГДУ двигателя при воздействии временных, прогнозируемых, эпизодически возникающих факторов. К таким факторам относятся кратковременное увеличение неравномерности и пульсаций потока при эволюциях J1A, воздействие тепловых возмущений, ударных волн и др.

Системы этого типа разделяют на две группы:

(1) включаемые в ситуациях, предшествующих появлению прогнозируемых возмущений;

(2) срабатывающие лишь в тех случаях, когда интенсивность возмущений превышает заданный критический уровень.

Системы первой группы приводятся в действие по команде экипажа J1A, а второй — по сигналу, вырабатываемому специальными датчиками. В системах второй группы могут быть использованы сигнализаторы, предназначенные для распознавания определенной ситуации, например: превышения заданного уровня пульсаций давления на входе в двигатель, достижения критических углов атаки, превышения заданного отклонения рулей самолета и др.

В качестве управляющих факторов для кратковременного повышения запасов устойчивости СУ используются быстродействующие органы управления воздухозаборником, поворот лопаток НА компрессора, перепуск воздуха из проточного тракта компрессора, кратковременное уменьшение расхода топлива в основной камере сгорания, уменьшение расхода топлива в ФКС, изменение площади реактивного сопла.

Скорость и время срабатывания СКПЗУ синхронизируются с длительностью действия возмущения. Характерная длительность основных операций составляет:

— время между приведением системы в состояние готовности и началом воздействия возмущений на двигатель ( Читайте также: Этот день в истории: 1977 год — крупнейшая авиакатастрофа на Канарах

Следствия помпажа нагнетателя

3.1. Большая вероятность повреждения упорного подшипника. (Т.к. величина осевого сдвига определяется действием давления в проточной части нагнетателя на поверхности основного и покрывающего дисков, имеющих различную площадь, то резкое изменение давления приведёт к резкому изменению нагрузки на упорный подшипник).

3.2. Возможность отрыва или повреждения покрывающего диска. т. к. именно в теле покрывающего диска возникают наибольшие нагрузки при работе нагнетателя.

3.3. Разработка зазоров в лабиринтовых уплотнениях в следствии повышенной вибрации.

3.4. Повреждение опорных подшипников.

3.5. Сопровождающие помпаж резкие изменения потребляемой мощности приводит к скачкам температуры перед СТ, вибрации ротора СТ, повреждению подшипников СТ и зубчатых обойм.

3.6. Из-за резкого колебания температуры газа перед СТ может возникнуть помпаж осевого компрессора, который приводит разрушению лопаточного аппарата и повреждению подшипников ротора двигателя.

Выявление помпажа

4.1. Внешне помпаж проявляется в сильном прерывистом шуме, сильных вибрациях, возможны периодические толчки, раскачка трубопроводов на свайных основаниях.

По показаниям приборов помпаж выявляют по следующим признакам:

4.2. Рост температуры газа на выходе нагнетателя.

4.3. Резкие изменения показаний осевого сдвига ротора нагнетателя.

4.4. Резкие колебания температуры газа перед СТ.

4.5. Сильный рост вибрации узлов двигателя и нагнетателя.

4.6. Резкие изменения показаний перепада «масло-газ»

4.7. Изменения потребляемой мощности (определяется по показаниям ССС).

4.8.Пересечение рабочей точки границы помпажа на схеме ССС.

4.9. Изменения расхода газа через нагнетатель (определяется по показаниям ССС).

4.10. Изменение оборотов ротора нагнетателя (СТ) (определяется по показаниям ССС).

Действия оперативного персонала при возникновении помпажа нагнетателя

6.1. Если в силу каких — либо причин автоматическая система защиты не сработала, а персонал определил наличие помпажа, то необходимо немедленно открыть АПК и вывести ГПА на «кольцо».

6.2. Если открытие АПК не привело к прекращению помпажного режима работы (например в следствии обмерзания защитной решетки или самопроизвольной перестановки кранов), то ГПА следует аварийно остановить.

6.3. После открытия АПК «Mokveld» в следствии срабатывания антипомпажной защиты ССС закрытие АПК без выявления и устранения причин возникновения помпажа запрещено.

6.4. Производить запуск ГПА после АО по причине «помпаж нагнетателя» без выявления и устранения причин АО запрещено.

Фрагмент технической учебы для машинистов ТК, работающих на ГПА-Ц-16

Автор: Лун-Фу А.В. ЯЛПУ

Причины

Чтобы понять из-за чего возникает помпаж, нужно разобраться, как устроен турбореактивный двигатель. Ну, хотя бы в общих чертах.

Устройство турбореактивного двигателя

Двигатель подвешен под крылом самолёта или прикрепляется к фюзеляжу. Состоит он из трёх частей — компрессора, камеры сгорания и турбины.

Работает он приблизительно так:

1. Компрессор через воздухозаборники всасывает воздух и под давлением подаёт его дальше, в камеру сгорания.
2. В камеру сгорания через форсунки впрыскивается авиационный керосин, смешиваясь с воздухом в пропорции 1:14, и смесь эта здесь горит
3. Продукты сгорания через турбину выбрасываются наружу, образуя реактивную струю, которая и двигает самолёт вперёд, как это и описал в своё время К.Э.Циолковский.

Из-за чего возникает помпаж

Причин возникновения помпажа может быть несколько:

• работа двигателя с запредельной нагрузкой, например, при выполнении сложных элементов пилотажа;
• ошибки экипажа;
• разрушение лопаток турбины вследствие выработки ресурса;
• попадание в двигатель постороннего предмета, птицы, например;
• чрезмерно низкое давление воздуха при взлёте в очень жаркую погоду;
• некоторые атмосферные вихри:
• на военных самолётах причиной помпажа может быть попадание в воздухозаборник поровых газов от выстрелов или пуска ракет.

Например, при попадании в двигатель птицы, события развиваются следующим образом:

1. попавшая птица на некоторое время парализует работу компрессора, и воздух перестаёт поступать в камеру сгорания;
2. соотношение керосина и кислорода в рабочей смеси нарушается и горение прекращается;
3. керосин продолжает поступать и накапливается в камере сгорания;
4. возобновляется работа компрессора, и из-за повышенного содержания керосина в рабочей смеси в камере сгорания происходит взрыв, хотя и не настолько сильный, чтобы разрушить двигатель;
5. поток раскалённых газов сильно раскручивает турбину, это влечёт за собой усиленный приток воздуха в камеру сгорания;
6. соотношение керосина и кислорода рабочей смеси снова нарушается и горение прекращается опять;
7. в камере сгорания накапливается керосин…

Если не принять меры, процесс принимает циклический характер, что выглядит как череда непрерывных взрывов, и может привести к повреждению жизненно важных узлов и магистралей.

Не всегда причины, вызывающие помпаж можно предвидеть, поэтому особую важность имеют меры по предотвращению этого опасного явления и борьбе с ним.

Источник Источник http://www.nektonnasos.ru/article/harakteristiki/pompazh/
Источник Источник http://turborotor.com.ua/articles/111-pompazh-turbiny
Источник Источник Источник http://pohod365.ru/raznoe/pompazh-gtd.html