Испытания компрессоров

Основной задачей при испытаниях компрессоров является определение их характеристик в широком диапазоне изменения определяющих параметров - приведенных значений частоты вращения и расхода воздуха. Большое внимание при этом также уделяется исследованию устойчивости компрессоров при различных пространственных и временных возмущениях потока на входе, характерных для воздухозаборников, а также вызванных условиями эксплуатации двигателя. При автономных испытаниях исследуются также прочностные характеристики элементов компрессора, главными из которых являются уровни напряжений и частоты колебаний лопаток.

Стенды для испытаний компрессоров могут быть следующих типов:

а) открытые стенды с всасыванием воздуха из атмосферы:

б) стенды с подачей воздуха от воздушно-компрессорной станции при различных значениях температуры и давления;

в) стенды с замкнутым контуром.

Открытые стенды являются самыми простыми. Схема такого стенда представлена на рис. 8.3. Испытуемый компрессор 3 приводится во вращение электродвигателем 7 через мультипликатор 6. Воздух поступает к компрессору из атмосферы через патрубок 1 с профилированным входом и ресивер 2, в котором может размещаться система шумоглушения, а также имитаторы воздухозаборника, обеспечивающие заданное поле скоростей потока на входе. Из компрессора воздух поступает в

Рис. 8.3. Схема открытого стенда для испытаний компрессоров:

1 - входной патрубок; 2 - ресивер; 3 - компрессор; 4 - дроссель; 5 - сборник; 6 - мультипликатор; 7 - электродвигатель

сборник 5 и затем выбрасывается в атмосферу. Кресельная заслонка 4 предназначена для изменения расхода воздуха.

На открытом стенде температура и давление воздуха на входе определяются атмосферными условиями. Поэтому изменение приведенных частот вращения здесь возможно только путем изменения в широких пределах физических частот вращения. Это позволяет исследовать характеристики компрессора, но на ряде режимов значения n могут заметно отличаться от реализуемых в эксплуатации, что может приводить к искажениям уровней напряжений, частот колебаний и деформации лопаток (в частности, к изменению углов их установки).

Значительные отличия будут наблюдаться в уровнях давлений и, следовательно, в числах Re по сравнению со значениями, соответствующими полетам на больших высотах и при полетах с большими скоростями.

Устранить эти недостатки можно при. установке компрессора, в термобарокамере и при подаче воздуха к нему от воздушно-компрессорной станции. В случае, если давление на выходе из компрессора должно быть ниже атмосферного, для отсоса воздуха необходимо применять эксгаустер

Испытания компрессоров при различных значениях температуры и давления при входе можно производить на стендах с замкнутым контуром (рис. 8.4). Компрессор помешается в барокамеру 5, которая включена в замкнутый контур так, что прокачиваемый компрессором воздух (или другой газ) циркулирует по контуру без выброса в атмосферу. Для поддержания заданной температуры и давления на входе в компрессор предназначены газоохладитель 7 и дроссель 6. Перед началом работы давление воздуха в контуре может быть снижено (имитация больших высот) из-за вакуумирования или повышено (имитация больших скоростей полета) путем заполнения контура от газобаллонной станции. Как указывалось выше, контур может быть заполнен и другими газами.

Стенды для испытаний компрессоров оснащаются достаточно мощным энергетическим оборудованием (электродвигатели мощностью несколько мегаватт с регулируемой частотой вращения, турбовальные двигатели, паровые и газовые турбины).

При снятии характеристик компрессора необходимо определять расход воздуха G_в, степень повышения давления p*_к=р*_к/*_в и КПД h*_к=L*_кS/L_к (внутренний изоэнтропический КПД). Здесь изоэнтропическая работа сжатия по параметрам торможения; L_к - действительная работа компрессора.

Рис. 8.4. Схема стенда МАИ для испытаний компрессоров в замкнутом контуре:

1 - электродвигатель; 2 - балансирный подвес; 3 - комплексный (радиальноупорный) промежуточный подшипник; 4 – газосборник;
5 - барокамера для установки компрессоров; 6 - дроссель;
7 - газоохладитель; 8 - газобаллонная станция; 9 - вакуумный насос

Расход воздуха измеряется, как правило, с помощью спрофилированного по лемнискате мерного коллектора 1, установленного на входе (см. рис. 8.3). Возможно применение стандартных сопл и диафрагм.

Для измерения параметров потока на входе и выходе из компрессора устанавливаются гребенки термопар и приемников полного давления. Статические давления измеряются чаще всего путем дренирования корпуса в нескольких местах по окружности.

Действительная работа компрессора L_к может определяться по измеренным значениям температуры торможения L_к=с_рТ*_к-с_рТ*_в или (что более точно) по величине мощности N_к, затрачиваемой на вращение компрессора L_к=N_к/G_в.

Значение N_к определяется по результатам измерения частоты вращения n и крутящего момента М_кр: N_к=pnМ_крh_m/30.

Здесь h_m - механический КПД трансмиссии (мультипликатор, промежуточные подшипники и т.д.). Для измерения значений М_кр применяются балансирные подвесы электродвигателей или мультипликаторов, а также торсиометры (см. гл. 2).

При исследовании газодинамической устойчивости компрессора измеряются поля полных и статических давлений на входе, а также пульсации давлений или скорости по его проточной части. О потере устойчивости течения (возникновении помпажа) свидетельствует резкое увеличение амплитуды пульсаций. Граница устойчивости определяется по параметрам режима, ближайшего к режимам, на которых проявляется неустойчивость. Для определения прочностных характеристик производится тензометрирование лопаток и дисков.

Обычно снятие характеристик компрессора осуществляется следующим образом. Устанавливается некоторая частота вращения n (или n_пр при поддержании n=const производятся измерения при различных значениях G_в, величина которого изменяется дросселем 4 (см. рис. 8.3).

Затем такие же измерения выполняются при других значениях n. Полученные таким образом напорные ветви образуют поле характеристик, которое сверху ограничено линией границы устойчивости течения (линия помпажа), а снизу - линией запирания по расходу.