Кіріспе
Компрессордың жұмысын көрсететін сызба
Компрессор картасы – турбомашина компрессордың жұмысын көрсететін сызба. Бұл типтегі компрессор газ турбиналық қозғалтқыштарда, поршендік қозғалтқыштарды күшейту үшін және өнеркәсіптік процестерде қолданылады, онда ол динамикалық компрессор деп аталады. Карта компрессорды сынау нәтижелерінен жасалады немесе арнайы компьютерлік бағдарламамен болжалады. Сондай-ақ, ұқсас компрессордың картасын тиісті түрде масштабтауға болады. Бұл мақалада компрессор карталары мен олардың әртүрлі қолданыстары туралы жалпы мәлімет берілген, сонымен қатар үш біліксіз аэромотордан алынған желдеткіш және орташа және жоғары қысымды компрессорлардың карталарына қатысты егжей-тегжейлі түсіндірмелер келтірілген. Компрессор карталары газ турбинасы және турбокомпрессорлы қозғалтқыштардың жобалық және жобадан тыс жағдайлардағы жұмысын болжаудың маңызды бөлігі болып табылады. Олар сондай-ақ өнеркәсіптік процестер үшін дұрыс компрессорларды таңдауда маңызды рөл атқарады. Желдеткіштер мен турбиналардың да жұмыс карталары бар, бірақ соңғылары компрессорлардың сыртқы түрінен едәуір өзгешеленеді.
A compressor map is a chart which shows the performance of a turbomachinery compressor. This type of compressor is used in gas turbine engines, for supercharging reciprocating engines and for industrial processes, where it is known as a dynamic compressor. A map is created from compressor rig test results or predicted by a special computer program. Alternatively the map of a similar compressor can be suitably scaled. This article is an overview of compressor maps and their different applications and also has detailed explanations of maps for a fan and intermediate and high pressure compressors from a three shaft aero engine as specific examples. Compressor maps are an integral part of predicting the performance of gas turbine and turbocharged engines, both at design and off design conditions. They also serve a critical purpose in selecting the correct compressors for industrial processes. Fans and turbines also have operating maps, although the latter are significantly different in appearance to that of compressors.
Компрессордың құрылысы
Компрессор картасы компрессордың жұмыс істеу ауқымын және осы ауқымдағы тиімділігін көрсетеді. Компрессор арқылы өтетін газдың екі негізгі талабы, оның жобалық жағдайда ең жақсы жұмыс істеуін, ал басқа жағдайларда, жобадан тыс жағдайларда тиімділігінің төмендеуін түсіндіреді. Біріншіден, шығыс ауданы кіріс ауданынан кіші болуы керек, себебі сығылған газдың тығыздығы жоғары. Шығыс ауданы жобалық жағдайда нақты көлемді өткізуге лайықталған. Екіншіден, осьтік компрессордағы ротор және статордың барлық қанаттары, ал центробегтік компрессордағы индуктор және диффузордың қанаттары, жобалық жағдайда ауа ағынына тікелей соғылып, инциденциялық шығындарды азайту үшін бұрышпен орналастырылған. Инциденциялық шығындар қысымның тиімділігін төмендетеді. Компрессордың қанағаттанарлық жұмыс істеуі, айналмалы және стационарлық қанаттарға газдың жақындау бұрышын белгілі бір шекте бақылауға байланысты. Оптималды бұрыштан ауытқу алдымен шығындардың / тиімділіктің төмендеуіне, содан кейін тоқтауға немесе дыбыстық жылдамдыққа / тұншығуға әкеледі, бұл осьтік компрессордың қарама-қарсы шеттерінде пайда болады. Олар центробегтік компрессорда да кернеуге және диффузорға кіргенде пайда болады. Компрессордың жобалық нүктесі, компрессор газ турбиналық қозғалтқыштың бөлігі болсын немесе оны домен пешіне ауа сору үшін пайдалансын, жоғары тиімділікке ие болады. Дегенмен, компрессор оған жүктелетін басқа жұмыс жағдайларында да тиімді жұмыс істеуі керек, яғни жұмыс ауқымының кеңірек диапазонында жоғары тиімділік қажет. Газ турбиналық қозғалтқыш жағдайында, ол қозғалтқышты оңай іске қосуға және жобалық жылдамдыққа жылдам желуге мүмкіндік беруі керек, яғни жобалық жылдамдықтан төмен жылдамдықпен жұмыс істеуді білдіреді. Жобалық нүктеден алыс жылдамдықтар мен ағындарда компрессордың ағыс ауданын азайту, нақты тығыздық өсуіне сәйкес келмейді. NACA есебі жобалық жағдайда және төмен жылдамдықта қажетті қысқарту арасындағы айырмашылықты көрнекі түрде көрсетеді. Мысалы, төмен жылдамдықтарда газ компрессордың қанаттарының шабуыл бұрыштарына кері әсер етпей компрессордан шығуға жеткілікті қысылмаған. Жобалық нүктеден алыста, осьтік компрессордың ортаңғы сатылары оптималды шабуыл бұрышы бойынша жұмыс істеуді жалғастырады, бірақ алдыңғы сатылар тоқтауға қарай, ал артқы сатылар тұншығуға қарай бұрылады. Тұншығуды болдырмау үшін кіріс қақпақтары қолданылды, олар төмен жылдамдықтарда ішінара жабылады немесе төмен жылдамдықтарда компрессордың бойымен ауаның бір бөлігін шығарып тастау арқылы. Осы себеппен, алдыңғы сатылардың жылдамдығын арттырып, артқы сатылардың бір-біріне қатысты жылдамдығын төмендетуге мүмкіндік беретін өзгермелі статорлар немесе бөлінген компрессорлар да қолданылды. Қысым қатынасы шамамен 12:1-ге жеткенде компрессорлар осы мүмкіндіктердің бірінен көбін біріктіретін болды.
Айналатын тұраққа арналған бекітпелер
Алдыңғы сатыларда айналу тоқтауын жеңілдету үшін әртүрлі шешімдердің алғашқы мысалдары: Rolls Royce Avon өзгертілетін кіріс бағыттағыштарымен және аралық қан кетуімен, General Electric J79 өзгертілетін кіріс бағыттағыштарымен және өзгертілетін статорларымен, Bristol Olympus бөлінген компрессормен және Pratt & Whitney J57 бөлінген компрессормен және компрессор аралық қан кетуімен. Осы уақытқа дейін компрессордың қан кетуі тек төмен түзетілген жылдамдықтардан бастау және үдеу үшін қажет болды, онда оның итеру күшіне әсері, сыртқа тастаудан болатын шығыны маңызды емес еді. Келесі даму – тұрақты компрессор қан кетуі, ол қозғалтқышқа қайта бағытталды, онда ол итеру күшіне үлес қосты. Rolls Royce Conway бөлінген компрессормен және компрессор аралық қан кетуімен жабдықталған, ол реактивтік құбырға бағытталды. Мұндай айналма схемасы бар бөлінген компрессор сол кездегі Rolls Royce қозғалтқыштарының ең жоғары қысым коэффициентіне қол жеткізуге мүмкіндік берді, өзгертілетін кіріс бағыттағыштарына немесе кезеңдер аралық қан кетуіне қажеттілік болмады. Бұл жақсы итеру тиімділігін қамтамасыз ететін, айналма қозғалтқыш ретінде жақсы танылды. Pratt & Whitney J58 төмен түзетілген жылдамдықтарда бастау және үдеу үшін кезеңдер аралық қан кетуін пайдаланды, бірақ жоғары жылдамдықтарда бұл жылдамдыққа оралғаннан кейін қан кету қайта ашылды, бірақ бұл жолы ол реактивтік құбырға бағытталды, онда ол кейіннен жану камерасын және соплоны салқындатты. Бұл салқындату жанама түрде итеру күшіне үлес қосты, жану камерасында көбірек отынның жануына мүмкіндік берді. Осыған ұқсас, бірақ компрессорды бөліп, компрессор аралық қан кетуін реактивтік құбырға бағыттайтын құрылғы кейінірек «жарық» турбореактивті қозғалтқыш деп аталды – жану камерасын және соплоны салқындатуға жеткілікті айналмасы бар қозғалтқыш.
Компрессор картасы
Компрессорлар кең ауқымды қолданыстар үшін газды сорғылайды, олардың әрқайсысының өзіндік ағын қарсылығы болады, компрессор газ ағынын сақтау үшін осы қарсылықты жеңуі керек. Карта компрессордың толық ағын диапазоны мен қолданысқа қажетті қысым талаптарының сорғылау сипаттамаларын көрсетеді. Картаны компрессорды электрмотормен басқару арқылы жасауға болады, мұнда ағын қарсылығы айнымалы ауданы бар газды реттегіш клапанды қолдану арқылы жасанды түрде таңдалады. Компрессор газ турбинасы шығысында клапан орналасқан газ генераторының құрамында болса, оның сипаттамаларын да картаға түсіруге болады. Кемпбелл осы тәсілмен картаға түсірілген General Electric J79 компрессорының мысалын келтіреді.
Өлшемдік талдау
Компрессордың жұмыс қабілеті күннен күнге ауаның қысымы мен температурасының өзгеруіне байланысты өзгеріп тұрады. Woolenweber турбокомпрессордың кіріс температурасы 70 және 100 °F аралығында өзгергендегі жұмыс қабілетінің өзгеруін көрсетеді. Ұшақ компрессорларында кіріс қысымы мен температурасы да биіктік пен жылдамдыққа байланысты өзгереді. Әрбір кіріс температурасы мен қысымының комбинациясы үшін әртүрлі жұмыс қабілетін көрсету қиын, бірақ өлшемдік талдауды қолдана отырып, оларды кең ауқымды кіріс жағдайларына қолданылатын бір картаға біріктіруге болады. Өлшемдік талдауда ротор айналу жылдамдығы, массалық ағын және шығыс қысымы сияқты жеке шамалар басқа тиісті шамалармен топтастырылады, нәтижесінде топтардың өлшемдері болмайды, бірақ физикалық мағынасы сақталады. Мысалы, ротор айналу жылдамдығы, кіріс температурасы, компрессор диаметрі және газ қасиеттері өлшемсіз шама ретінде топтастырылады, бұл қанаттың Мах санына тең. Газ турбиналық қозғалтқыштардың компрессор карталарының негізі ретінде қолданылатын параметрлер тобы – жалпы қысым қатынасы (Pexit/Pinlet), және тиімділік. , мысалы, төменде көрсетілгендей оңайлатылады, бірақ Мах санының өкілі болып қалады. Басқа қолданыстардағы карталар бас немесе шығыс қысымын және көлемдік ағынды пайдаланады. Нақты компрессор мен газ үшін ағын және жылдамдық топтары компрессор мен қолданыс үшін тұрақты шамаларды, атап айтқанда компрессордың өлшемдерін және газ қасиеттерін , , және γ алып тастау арқылы оңайлатылады. Олар псевдо өлшемсіз параметрлер деп аталады. Соңғы қадам – псевдо өлшемсіз параметрлерге массалық ағын мен жылдамдық үшін стандартты бірліктерді беру және қысым мен температура қатынасының түзету коэффициенттерін қолдану арқылы оларды жақсы танылатын сандық мәндерге келтіру, олар өлшемдік талдаудың бөлігі ретінде алынады. Түзетілген параметрлер – және . Олар бастапқы өлшенген мәндермен бірдей бірліктерде және келісілген стандартты жағдайларға, теңіз деңгейіндегі Халықаралық стандартты атмосфераға (ISA SL) түзетіледі. Балама ретінде олар жобалық мәнге қатысты көрсетілуі мүмкін, егер жобалық мән 100% немесе 1,0 ретінде берілген болса. Газ турбиналық қозғалтқыштағы жанатын отын компрессордың жұмыс істеу сызығын анықтайды және қозғалтқыштың жұмысына әсерін көрсету үшін «өлшемсіз» формада қолданылуы керек. Компрессор картасында көрсетілгенде, ол жану камерасының қысымымен қатынас ретінде қолданылады. Түзетілген отын ағыны отын ретінде көрсетіледі. Әуе де, отын да сұйықтық ағыны болғанымен, олардың өлшемсіз параметрлері әртүрлі, және , себебі өлшемсіз ауа ағыны – сұйықтықтың Мах санының бір түрі, ал отын – сығылмайтын энергия көзінің ағыны. Ауа ағынының өлшемдері M/t, ал отын ағынының өлшемдері ML2/t3, мұнда M, L және t – масса, ұзындық және уақыт. Отын ағыны да компрессор картасында көрсетіледі, бірақ оның әсері түрінде, яғни турбинаға кіретін температура ретінде. Бұл әсер де өлшемсіз түрде, турбинаға кіретін температураның компрессорға кіретін температураға қатынасы ретінде көрсетіледі және қозғалтқыш температурасының қатынасы деп аталады. Гранкоинг вертолет компрессорының отын ағынын арттыру арқылы жүктемесізден толық жүктемеге дейін өзгерер кезде тұрақты температура сызықтарының қиылысуын көрсетеді.
A final step is to give the pseudo non dimensional parameters standard units for mass flow and speed and more recognizable numerical values by applying pressure and temperature ratio correction factors, also derived as part of the dimensional analysis. The corrected parameters are and They have the same units as the original observed values and are corrected to agreed standard conditions, the International Standard Atmosphere at sea level (ISA SL). Alternatively they may be shown relative to the design value where the design value is specified as either 100% or 1.0. The fuel burned in a gas turbine engine sets the compressor running line and also has to be used in 'non dimensional' form to show its effect on engine operation. It is used as a ratio with combustor pressure when shown on a compressor map. Corrected fuel flow is shown as fuel Although both air and fuel are flows of fluid their non dimensional parameters are different, and , because non dimensional airflow is a form of fluid Mach number while fuel is flow of an incompressible energy source. The dimensions of airflow are M/t and those of fuel flow are ML2/t3, where M, L and t are mass, length and time. Fuel flow is also shown on a compressor map, but in the form of its effect, ie turbine inlet temperature. This effect is shown, again non dimensionally, as the ratio of turbine inlet temperature to compressor inlet temperature, and known as engine temperature ratio. Grandcoing shows the constant temperature lines crossed as a helicopter compressor goes from no load to full load with increasing fuel flow.
Кинематикалық ұқсастық
Картада түзетілген параметрлерді қолданудың негізі – мақ санының кинематикалық ұқсастығы. Түзетілген ағын және жылдамдық, жылдамдық үшбұрыштары арқылы компрессордағы мақ сандарын және қанаттарға түсетін ағын бұрыштарын анықтайды. Жылдамдық үшбұрыштары ағындарды әртүрлі координаттық жүйелер арасында көшіруге мүмкіндік береді. Осылайша, тұрақты жүйедегі газ жылдамдығы және айналмалы қанаттың жылдамдығы, айналатын жүйедегі (ротордағы) жылдамдыққа түрлендіріледі. Қанаттар мен бағыттағыштар қатарындағы жоғалтулар негізінен түсу бұрыштарына және мақ санына байланысты. Картадағы нақты жұмыс нүктесі компрессордың барлық жеріндегі мақ сандарын және ағын бұрыштарын анықтайды.
Жоғары Мах сандарымен ұшу
Тарихи мысал ретінде Пратт және Уитни J58 қозғалтқышы түзетілген шамаларды қолданудың маңыздылығын көрсетеді. Айналмалы тоқтау төмен түзетілген жылдамдықтарда пайда болады, сондықтан қозғалтқышты іске қосу кезінде де, бос жүріс кезінде де кездеседі. Ауа ағынын арттыру үшін қан кету клапанын ашу арқылы оны жеңілдетуге болады. Өте жоғары ұшу жылдамдықтарында компрессор осы төмен түзетілген жылдамдық аймағына қайта оралады, демек, бірдей жұмыс нүктесі жердегі төмен айналу жылдамдығында және биіктікте 3 Мах жылдамдығындағы ең жоғары айналу жылдамдығында пайда болады. Жердегі төмен түзетілген жылдамдықтардағы тоқтау, тиімсіздік, қанаттардың дірілі және бұзылуы 100% ротор айналымдарында 3 Мах жылдамдығында қайтадан пайда болады. Картадағы бірдей жұмыс нүктесінің бірдей осьтік және шеттік Мах сандары, бірдей жылдамдық үшбұрыштары және ротордың нақты айналу жылдамдығы мен компрессордың кіреберіс температурасы жерде 4750 айн/мин / 60°F, ал 3 Мах жылдамдығында 7000 айн/мин / 600°F-тан жоғары болғанына қарамастан, бірдей тиімділікке ие. Дәл сол түзетілген жұмыс нүктесі тоқтауды болдырмау және тиімділікті арттыру үшін бірдей шешімді қажет етті – 4-ші компрессор сатысынан ауаны шығару.
Операциялық шекаралар
Компрессордың белгілі бір айналым жылдамдығындағы ағынның ең жоғары және ең төменгі шектерінде әртүрлі құбылыстарға байланысты жұмыс шектері болады. Тұрақты айналым жылдамдығы сызығының жоғары ағын бөлігінің тік болуы сығылу әсерінен туындайды. Сызықтың екінші ұшының орны қанаттардың немесе арнаның ағынының бөлінуімен анықталады. Картада анық белгіленген, төменгі ағын шекарасы бар, онда оң бұрышпен кездесудің нәтижесінде қанаттар тоқтауы пайда болады. Турбокомпрессорлар мен газ турбиналық қозғалтқыштардың карталарында бұл шекара нақты көрсетілмеген, бірақ газ жылдамдығы дыбыс жылдамдығына жеткенде арналар тұншығып қалады. Бұл шекара өнеркәсіптік компрессорларда жүктеме, тұншықтыру, дыбыстық немесе тік қабырға деп аталады. Осы ағын шегіне жақындағанда айналым жылдамдығы сызықтары тікке қарай өзгереді. Картаның басқа аймақтарындағы құбылмалы қанаттардың тоқтауы, қанаттардың құрылымдық режимдерімен өзара әрекеттесіп, металлдың шаршауына алып келуі мүмкін, яғни айналмалы тоқтауларға себеп болуы мүмкін.
Әр түрлі қолдану үшін жұмыс диапазондары
Әр түрлі қолданбалар картада әртүрлі жолмен қозғалады. Жұмыс істемейтін желілері жоқ карта мысалы, сурет түрінде көрсетілген, сол жақтағы тоқтау/қуаттану сызығы және оң жақтағы тұншығу және жүктемеге қарай жылдамдық сызықтары бар. Карталардың ұқсас ерекшеліктері мен жалпы пішіні бар, себебі олардың барлығы сығымдалатын сұйықтықты сору үшін ұқсас принциптерді қолданатын айналмалы қанаттары бар машиналарға қатысты. Барлық машиналарда тұрақты қанаттар болмайды (орталықтан тепкіш компрессорларда қанатты немесе қанатсыз диффузорлар болуы мүмкін). Дегенмен, газ турбинасының немесе турбокомпрессорлы қозғалтқыштың құрамында жұмыс істейтін компрессор, өнеркәсіптік компрессордан өзгеше жұмыс істейді, өйткені оның ағыны мен қысымы оны қозғалтатын турбинаның және басқа қозғалтқыш компоненттерінің – газ турбинасы үшін қуат турбинасы немесе реактивті сопло, ал турбокомпрессор үшін қозғалтқыштың ауа ағыны, ол қозғалтқыштың айналу жылдамдығына және зарядтау қысымына байланысты – сәйкес болуы керек. Газ турбинасы компрессоры мен оның қозғалтқышы арасындағы байланыс, қозғалтқыштың тұрақты температурасының қатынасы сызықтары арқылы көрсетілуі мүмкін, яғни отын берудің/турбина температурасының жоғарылауының әсері, температура қатынасы артқан сайын жұмыс желісін көтереді. Әртүрлі мінез-құлықтың бір көрінісі картаның оң жағындағы тұншығу аймағында байқалады. Бұл газ турбинасында, турбокомпрессорда немесе өнеркәсіптік осьтік компрессорда жүктемесіз жағдай, ал өнеркәсіптік центробегіш компрессорда жүктеме артық. Hiereth және авторлар көрсеткендей, турбокомпрессордың толық жүктемесі немесе максималды отын беру қисығы, қуаттану желісіне жақын өтеді. Газ турбинасы компрессордың толық жүктемелі желісі де қуаттану желісіне жақын өтеді. Өнеркәсіптік компрессордың жүктеме артығы – бұл сыйымдылық шегі және қажетті жоғары ағынды өту үшін жоғары қуат деңгейін қажет етеді. Егер компрессорды газ турбинасы қозғалтса, онда ол суық күндері қауіпті жағдайға дейін жүктеме артығын асырып кетуі мүмкін.
Газ турбинасының компрессоры
Компрессордың қозғалтқыш турбинамен бірдей жылдамдықпен (немесе тұрақты беріліс қатынасымен) жұмыс істеуі, қуаты бірдей болуы және ағыны бірдей болуы тиіс. Бұл газды электр энергиясын өндіретін газ генераторы. Компрессор газ қуатын пайдаланатын кез келген құрылғымен бірдей ағысты өтуі керек, яғни бір валлы қозғалтқыш үшін қосымша турбина сатылары, жеке қуат турбиналары немесе реактивті сопло. Бұл бірдей ағындылық талабы, жалпы сығылу және кеңею қатынастары арасындағы бірдей қысым қатынасы талаптарымен қатар, және олар бірге тұрақты күйдегі жұмыс үшін жұмыс сызығын анықтайды. Электр генераторын немесе тікұшақ роторын/ұшақ винтін қозғалтатын бір валлы қозғалтқыштар жұмыс жылдамдығына дейін үдегенде компрессор жүктемесіз жұмыс істейді. Жүктемесіз жұмыс – генераторды электрлік жүктемесіз немесе ротордың/винттің минималды бұрылыс бұрышында жұмыс істеуі үшін қажетті минималды отын құю, және бұл тұншығуға жақын жағдайда болады. Коэн және авторлар электр генераторларының жүктемесіз қажетті жылдамдыққа дейін үдеуін көрсетеді. Электрлік жүктемені арттыру отын ағынын арттыру арқылы жүзеге асырылады. Барки және авторлар генератор турбинасының жобалық жылдамдығына немесе желілік жиілікке жүктемесіз жету және жүктеме қосылғанда отынды арттыру тізбегін егжей-тегжейлі сипаттайды. Grandcoing Turbomeca Artouste тікұшақ қозғалтқышының жүктемесіз күйден максималды қуатқа дейін тұрақты жылдамдықпен жұмыс істеуін көрсетеді. Жүктемесіз – ротордың минималды бұрылыс бұрышы және минималды отын ағыны. Отын ағынының өсуі компрессор картасында тұрақты қозғалтқыш температурасының қатынасы, турбина кіріс температурасы/компрессор кіріс температурасы түрінде көрсетіледі. Grandcoing Бұл мақсатта реттелетін сопло қосылмайды, бірақ артқы жанғыш орнатылса, ол бос жүріс күшінің төмендеуіне және артқы жанғыш жұмыс істейтін күшке дейін үдеу уақытын қысқартуға пайдаланылуы мүмкін. Күшейтілген турбожелгіштегі идеалды желдеткіштің жұмыс сызығы желдеткіштің қысым қатынасын мүмкіндігінше жоғары деңгейде ұстап, желдеткіштің өнімділігі мен итермелеуін оңтайландыру үшін, сонымен қатар жеткілікті желдеткіш тоқтау маржасын сақтайды. Желдеткіштің жұмыс сызығы тұмсықтың ауданын өзгерту арқылы басқарылады, ол тұншықтыру клапаны сияқты әрекет етеді. Тұншықтыру – жанған отыннан туындаған жылулық және реттелетін сопло ауданынан туындаған геометриялық факторлардың комбинациясы.
Қабылданбайтын мінез-құлық болуы мүмкін аймақтар
Төмен жылдамдықтағы артқы сатыдағы турбиналық ағым, шамадан тыс теріс бұрыштан туындайды, нәтижесінде қысым қатынасы бірден кем болады және компрессорлық саты ауа ағынынан қуатты сіңіреді. Rolls Royce Avon және IAE V2500 двигательдерінің алғашқы конструкцияларындағы екі мысал, қысымның өзгеру шегінен өтудің жоғары жылдамдыққа үдемеуге кедерес келтіргенін көрсетті, бұл компрессорды толық қайта жобалауды талап етті. Түзетілген төмен жылдамдықтардағы айналмалы тоқтау, ертедегі осьтік компрессорларда қанаттардың бұзылуына себеп болды.
Дизельді және бензинді қозғалтқыштарға арналған турбокомпрессорлар
Компрессордың ағыны мен қысым диапазоны қозғалтқыштың тұрақты айналымдары мен тұрақты моменттері сызықтары картаға түсірілген келемдік графикпен көрсетіледі. OpenCourseWare материалы 4 тактілі жүк машинасының ауа ағыны талаптарына сәйкес қозғалтқыш жылдамдығы мен жүктемесінің келемдік графигін көрсетеді. Шахед ауыр дизельді қозғалтқыштың тұрақты қозғалтқыш айналымдары мен қозғалтқыш BMEP сызықтарын көрсетеді. Woollenweber әртүрлі қозғалтқыш айналымдарындағы және жүктеме/отын құю/моменттегі қозғалтқыш ауа ағыны талаптарын көрсетеді. Hiereth және авторлар тобы әртүрлі қолданулар үшін жұмыс сызықтарын көрсетеді, мысалы, жолаушылар көлігі қозғалтқышының толық жүктемедегі жұмыс сызығы, жүк көлігінің дизельді қозғалтқышына бақыланбайтын турбокомпрессордың әсері, жолаушылар дизельді және бензинді қозғалтқыштардағы қалдық газды басқару және компрессор жұмыс сызығына биіктіктің әсері.
Мұнай және газ өнеркәсібіндегі компрессорлар
Процесс талаптары өзгеруі мүмкін, компрессор жағдайларының өзгеруіне алып келуі мүмкін. Компрессор өзгермелі немесе тұрақты жылдамдықты машинамен қоздырылуы мүмкін. Егер тұрақты жылдамдықты электрмотормен қоздырылса, кіріс бағыттағыш қанаттарды немесе сору және шығаруды реттеу арқылы басқарылуы мүмкін. Уэлч центробегтік компрессордың ағынына өзгермелі қанат бұрышының әсерін көрсетеді.
Ағындылық ось
Х ось әдетте компрессорға кіретін массалық ағынның функциясы болып табылады, көбінесе түзетілген ағын немесе нақты емес, өлшемсіз ағын түрінде. Бұл ось құрылғы арқылы өтетін ағынның аксиалды Мах санының жуық шамасы ретінде қарастырылуы мүмкін.
Қысым қатынасы осі
Әдетте y ось – қысым қатынасы (Pexit/Pinlet), мұнда P – тоқтау (немесе жалпы) қысымы. ΔT/T (немесе ұқсас), мұнда T – тоқтау (немесе жалпы) температурасы да қолданылады.
Үдемелі желі
Картаның негізгі бөлігіндегі сәл иілген диагональді сызық, үдеме (немесе тоқтау) сызығы деп аталады. Бұл сызықтан жоғарыдағы аймақ – тұрақсыз ағын аймағы, одан қашу керек. Компрессордың үдемесі немесе тоқтауы, компрессордағы ауа ағынының кенеттен кері өзгеруіне себеп болады. Компрессордың қанаттары, ауа фольгасы ретінде жұмыс істей отырып, сору әрекетін жасайды. Үдеме немесе тоқтау кезінде, қанаттар аэродинамикалық тоқтауға ұшырайды (ұшақ қанатының тоқтауы сияқты) және артындағы жоғары қысымды ұстай алмай, нәтижесінде күшті ағын керілігі пайда болады. Әдетте, жану камерасында болатын от, қозғалтқыш кіреберісінен де, сорғыштан да шығуы мүмкін.
Жылдамдық сызықтары
Картаның негізгі бөлігіндегі сәл иілген, вертикальға жақын сызықтар (тұрақты айналу) түзетілген жылдамдық сызықтары болып табылады. Олар ротор қанатының ұшының Мах санын өлшейді. Суретте жылдамдық сызықтары ағынмен сызықтық түрде таратылмағанын назарға алыңыз. Бұл компрессор өзгермелі статорлармен жабдықталғандықтан, жылдамдық артаған сайын олар біртіндеп ашылады, орташа және жоғары жылдамдық аймағында ағынның күрт өсуіне себеп болады. Төмен жылдамдықта өзгермелі статорлар бекітіліп қойылған, бұл жылдамдық пен ағын арасындағы сызықтық байланысты қамтамасыз етеді. Сондай-ақ, 100% ағыннан асып кеткенде жылдамдық сызықтары тез жабылады, себебі тұншығу пайда болады. Тұншығудан кейін жылдамдықты одан әрі арттыру ауа ағынының өсуіне әкелмейді.
Тиімділік ос
Суреттегі қосымша сурет тұрақты жылдамдықтағы ағынмен адиабатикалық (яғни изоэнтропиялық) тиімділіктің өзгеруін көрсетеді. Кейбір карталарда политроптық тиімділік пайдаланылады. Сонымен қатар, иллюстрациялық мақсаттар үшін тиімділік контурлары кейде негізгі картаға түсіріледі. Ең жоғары тиімділік деңгейінің өсу бағытында шағын иілім байқалатынын ескеріңіз. Бұл компрессордың жылдамдық артуымен тұншығуына және өзгермелі статорлардың жабылуына байланысты. Өзгермелі статорлар ашыла бастағаннан кейін тренд сызығы қайтадан жалғасады.
Жұмыс желісі
Сондай-ақ картада тұрақты күйдегі жұмыс (немесе пайдалану/істеу) сызығы көрсетілген. Бұл, тұншықтырылғанда қозғалтқыштың жұмыс нүктелерінің траекториясы. Жоғары қысым қатынасымен жұмыс істейтін құрылғы болғандықтан, жұмыс сызығы салыстырмалы түрде көлбеу болады. Егер құрылымда өзгермелі геометрия болмаса, басқаруда қиындықтар туындайды, себебі толқын сызығы өте тік болып, ағынның жартылай күйінде жұмыс сызығымен қиылысады. Орташа тұншықтырудан күшті үдеу кезінде компрессордың жұмыс сызығы тез түрленуге қарай жылдам қозғалады, содан кейін картадағы жоғарырақ тұрақты жұмыс нүктесіне жақындап келеді. Керісінше, күшті тежеу кезінде осыған ұқсас әсер пайда болады. Бұл әсерлер, шпулдің (яғни инерциялық әсерлер) қозғалтқыш отын ағынының күрт өзгеруіне баяу жауап беруінен туындайды. Компрессордың тұншығуы күшті үдеу кезінде айқын проблема болып табылады және отын беру кестесін реттеу және/немесе соққы клапанын (компрессордан ауа шығару, басқару үшін) пайдалану арқылы жеңілуі мүмкін. Көрсетілген мысалда, жердегі бос жүрістен күшті үдеу жоғары қысымды компрессордың тұншығуына себеп болады. Соққы клапанын ашу көмектеседі, бірақ өзгермелі статор кестесіне де түзетулер енгізу қажет болуы мүмкін. Жоғары қысымды компрессор жоғары қысымды турбинаның тұншықтырылған ағын сыйымдылығын сезгендіктен, ұшу жағдайы компрессордың жұмыс сызығына едәуір әсер етпейді. Жұмыс сызығының еңістігі тұрақты түзетілген шығыс ағынына шамамен жуықтасады.
Бір сатылы әуе қозғалтқышы желдеткішінің картасы
Төмен қысым коэффициентіне ие желдеткіш (мысалы, жоғары айналым коэффициенті бар турбожелдеткіште қолданылатындай) жұмыс сызықтарының бірнеше диапазоны болады. Ұшу жылдамдығы жоғары болғанда, кедергі қысым коэффициенті суық соплоның қысым коэффициентін арттырады, бұл соплоның тұншығуына себеп болады. Тұншығу жағдайынан асып кеткенде, жұмыс сызықтары біртіндеп тік түзуға жақындайды. Сопло тұншығудан шыққанда, жұмыс сызығы қисық бола бастайды, бұл соплоның сипаттамасының қисықтығын көрсетеді. Ұшу Мах саны төмендегенде, суық соплоның қысым коэффициенті төмендейді. Бастапқыда бұл жұмыс сызығының орналасуына әсер етпейді, тек қисық (тұншықпаған) соңғы бөлігі ұзарады. Әрине, суық сопло төменгі ұшу Мах санында, тіпті толық газ бергенде де тұншығудан шығады. Жұмыс сызықтары енді қисық болып, ұшу Мах саны төмендегенде біртіндеп серпіліске қарай жылжиды. Ең төменгі серпіліс шегіндегі жұмыс сызығы статикалық жағдайда пайда болады. Аралас турбожелдеткіштің желдеткіш жұмыс сызықтары, аралас емес қозғалтқышқа қарағанда, шектеулердің ерекшелігіне байланысты сәл тік болады. Желдеткіште екі карта болуы мүмкін: біреуі айналым (сыртқы) бөлімі үшін, екіншісі – ішкі бөлімі үшін, олардың жылдамдық сызықтары әдетте ұзын және жазық болады. Әскери турбожелдеткіштерде жоғары конструкциялық желдеткіш қысым коэффициенті азаматтық қозғалтқыштарға қарағанда жоғары болады. Осының салдарынан соңғы (аралас) сопло барлық ұшу жылдамдықтарында, газды басқарудың көп бөлігінде тұншығып тұрады. Дегенмен, газды төмендеткенде сопло тұншығудан шығып, жұмыс сызықтарының төменгі жағында, әсіресе төменгі ұшу жылдамдықтарында қысқа қисық соңғы бөлік пайда болады. Бірақ, өте жоғары айналым коэффициентіне ие турбожелдеткіштерде желдеткіштің қысым коэффициенті өте төмен болады (мысалы, айналым бөлімінде 1,2). Осының салдарынан тіпті крейсерлік ұшу жылдамдықтарында да суық (немесе аралас соңғы) сопло тек жоғары газ бергенде ғана тұншығып тұруы мүмкін. Желдеткіш жұмыс сызықтары қисық болып, ұшу Мах саны төмендегенде серпіліске қарай жылдам жылжиды. Нәтижесінде статикалық жұмыс сызығы, әсіресе газды төмендеткенде, серпіліске түсуі мүмкін. Шешімдердің бірі – өзгермелі ауданы бар суық (немесе аралас) соплоны қолдану. Төменгі ұшу жылдамдықтарында сопло ауданын ұлғайту желдеткіш жұмыс сызығын серпілістен алшақтатады. Балама шешім – өзгермелі қанатқа ие желдеткіш орнату. Желдеткіш қанаттарының бұрышын реттеу желдеткіш жұмыс сызықтарының орналасуына әсер етпейді, бірақ серпіліс шегін жоғарылатуға және желдеткіштің серпіліс маржасын жақсартуға пайдаланылуы мүмкін.
Әуе қозғалтқышы IP компрессордың картасы
Кейбір турбожелдеткіштерде жалпы қысым коэффициентін арттыру үшін желдеткіш пен жоғары қысымды (ЖЖ) компрессордың арасында аралық қысымды (АЖ) компрессор орналастырылған. АҚШ азаматтық қозғалтқыштары АЖ компрессорды ТЖ шахтасына, тікелей желдеткіштің артына орнатуға бейім, ал Rolls Royce әдетте АЖ компрессорды АЖ турбинасымен қоздырылатын бөлек (яғни АЖ) шахтаға орнатады. Қандай жағдайда болмасын, үйлесімсіздік проблемалары туындауы мүмкін. АЖ компрессордың шығысқа түзетілген ағыны, қозғалтқыш төмендетілгенде азаятын ЖЖ компрессордың кіріске түзетілген ағынымен сәйкес келуі керек. АЖ компрессордың жұмыс сызығының белгілі бір бұрылысында, АЖ компрессордың шығысқа түзетілген ағыны тұрақты болып қалады. Дегенмен, көлбеу жұмыс сызығын қабылдау арқылы, АЖ компрессордың берілген кіріске түзетілген ағынындағы қосымша қысым коэффициенті, АЖ компрессордың шығысқа түзетілген ағынын азайтуға және ЖЖ компрессордың төмендеуімен сәйкес келуге мүмкіндік береді. Алайда, бұл жартылай қуатта АЖ компрессордың тұрақсыздық шегінің нашарлауына әкелуі мүмкін. АЖ компрессорға өзгермелі статорларды қосу және/немесе АЖ мен ЖЖ компрессорларының арасына сорғы клапанын орнату арқылы тұрақсыздық шегін жақсартуға болады. Біріншісі АЖ компрессордың тұрақсыздық сызығын көлбеу етеді, оны көлбеу жұмыс сызығынан алыстатып, АЖ компрессордың тұрақсыздық шегін жақсартады. АЖ компрессордың берілген қысым коэффициентінде, сорғы клапанды ашу АЖ компрессордың кіріске түзетілген ағынын арттыруға мәжбүр етеді, АЖ компрессордың тұрақсыздық шегі жақсы болатын деңгейге дейін. Тиімді түрде, сорғы клапанды ашу АЖ компрессордың жұмыс сызығын төмендетеді. ЖЖ компрессордың қажеттілігінен артық ағын, сорғы клапаны арқылы айналма арнаға өтеді. Сорғы клапаны әдетте тек қуатты шектеу жағдайында ғана ашылады, себебі ол энергияны ысыраптайды.