что такое помпаж компрессора газовой турбины

Все о транспорте газа

1. 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.

2. Причины помпажа

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

3. 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.

4. 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).

5. Системы защиты от помпажа нагнетателя. На ГПА-Ц16 установлены две противопомпажные системы защиты: штатная, входящая в АСУ ГПА и система противопомпажного регулирования ССС

5.1. АСУ ГПА получает сигнал от датчика СПД (сигнализатор перепада давления) при достижении пульсации давления в выходном патрубке нагнетателя 1,5 кг/см2. При получении двух сигналов от датчика СПД АСУ ГПА выдаёт команду на АО ГПА.

5.2. Система противопомпажного регулирования определяет приближение рабочей точки к границе помпажа расчётным путём на основании значений расхода газа через нагнетатель, его температуры, оборотов ротора СТ степени сжатия. Предотвращает помпаж путём перепуска части или всего расхода газа через противопомпажный клапан «Mokveld».

6. 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

Актуальное видео:

Источник

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.

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.

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.

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

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’

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.

Источник

Что такое помпаж компрессора газовой турбины

Помпаж турбонагнетателей. Помпаж компрессора

Характер обтекания лопаток рабочего колеса центробежного компрессора на расчетном режиме, а также при уменьшенной и увеличенной подачах при неизменной частоте вращения вала (и u ₁ = const ) показан на рис. 1.

Увеличение подачи компрессора (и с_1а) влечет рост угла β₁ входа относительной скорости (рис. 1, в); угол атаки стано вится отрицательным. При таком режиме работы срыв потока, наблюдаемый на вогнутой поверхности лопатки, увеличивает потери и снижает КПД компрессора, но не приводит к помпажу, т.к. вихревая зона поджимается к вогнутой поверхности лопатки, носит местный характер и не захватывает всю площадь сечения канала.

Подобные срывные явления возникают также при обтекании лопаток диффузора с углами атаки, отличными от нуля (рис. 2).

Из рассматриваемого рисунка видно, что условия для образования срывов более благоприятны на вогнутой поверхности лопатки, чем на спинке, чему способствует криволинейность канала и инерционность потока. Поэтому, как и для случая с рабочим колесом, помпаж возникает при больших положительных углах атаки.

Явление помпажа в компрессоре сопровождается резким увеличением шума, пульсацией давления нагнетаемого воздуха и его подачи, появлением вибрации. В период срыва потока воз дух из нагнетательной полости устремляется во всасывающую и прорывается через фильтр в атмосферу, а затем, в последующий период нормальной работы воздух движется в естественном направлении.

Работа компрессора в зоне помпажа недопустима

— низкое давление за циркуляционным (топливоподкачивающим) насосом;

— воздух или вода в топливе;

— низкая температура подогрева топлива;

— неисправны всасывающий и отсечной клапаны ТНВД;

— заедания плунжера и иглы;

— повреждение сопла форсунки.

— нарушения в открытии выпускного клапана;

— засорение решетки перед ГТК;

— увеличение противодавления за ГТК.

— загрязнение или повреждение турбины, компрессора;

— загрязнение воздушных фильтров;

— выход из строя подшипников.

Система наддувочного воздуха:

— прекращение циркуляции воды в воздухоохладителе;

— очень высокая температура в воздухоохладителе.

— нарушения в работе регулятора числа оборотов (колебания);

— резкие изменения нагрузки двигателя;

— очень резкие изменения частоты вращения:

• при работе на высокой нагрузке (маневрировании);

• при срабатывании защиты остановкой / снижением частоты вращения;

• при работе двигателя назад;

• при оголении винта в штормовых условиях.

Последние причины могут носить случайный кратковременный характер и не являются опасными. Если же помпаж продолжается длительное время, то в качестве первого шага рекомендуется принять следующую рекомендацию.

Помпаж может быть нейтрализован путем стравливания воздуха из ресивера через установленный на нем противопомпажный или предохранительный клапан. Но надо учитывать, что при этом произойдет повышение температуры выпускных газов. Важно, чтобы она не превышала допустимой величины. Второй способ состоит в соединении выхода воздуха из компрессора с трубопроводом подачи газов в ГТК с установкой в этой ветви клапана. При появлении помпажа клапан открывается, давление за компрессором падает, а увеличение количества поступающей на газовую турбину смеси газов и воздуха, увеличивается. Падение давления за компрессором и рост оборотов ГТК приводят к прекращению помпажа.

1.Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. / И.В.Возницкий, А.С.Пунда – М.:МОРКНИГА, 2010.- 382 с. Стр.130-133

2. Возницкий И. В. Судовые двигатели внутреннего сгорания. Том 2. / И.В.Возницкий, А.С.Пунда – М.:МОРКНИГА, 2008.- 470 с. Стр. 176-179

Источник

Помпаж компрессоров: причины и следствия

Помпажом принято называть нестабильную работу компрессорной техники, вследствие чего возникают резкие скачки в давлении и колебания в объемах подачи рабочей среды — газовой или воздушной смеси. Помпаж компрессора относится к крайне негативным факторам, способным повлечь нарушения в технологических циклах, а также вызвать разрушение трубопроводных магистралей и самих компрессоров.

Предпосылки для возникновения помпажа

Предпосылками для возникновения помпажа является высокая разница давлений на всасывающем и нагнетательном трубопроводах. При запуске компрессора давление в области нагнетания лавинообразно нарастает, в то время как во всасывающей камере — резко падает. В определенный момент может возникнуть ситуация, при которой сила сопротивления рабочей смеси будет превышать усилие, развиваемое компрессором, в результате чего газо- или воздуходувки будут буквально «работать на износ», не справляясь с разницей давлений.

Помпаж компрессора — явление циклическое: спад сменяется нарастанием. Преодолев так называемую «точку помпажа», компрессор вновь наращивает давление. Цикл повторяется до тех пор, пока силы нагнетания не превысят сопротивление. Как только это произойдет, помпаж турбокомпрессора или воздуходувки прекратится.

Процесс помпажа компрессора

Процесс помпажа турбокомпрессоров и компрессоров характеризуется пульсирующим режимом, в ходе которого давление, достигнув критической величины, резко падает до равного в области всасывания. Нередко помпаж воздуходувки сопровождается обратным ходом рабочей смеси (так называемые «забросы»).

При помпаже обычные многоступенчатые и одноступенчатые турбокомпрессоры начинают сильно вибрировать и нагреваться, возникают посторонние шумы, вызванные нештатной работой механизмов. В этот момент электродвигатель и узлы привода испытывают повышенную нагрузку, что, опять же, приводит к резкому повышению температуры. Всё это увеличивает износ оборудования, а нередко — и становится причиной выхода из строя компрессорной техники, запорной арматуры и трубопроводов.

Помпаж — неизбежность, или.

Так называемая «граница помпажа» есть у каждого компрессора: даже надежные газодувки при определенных условиях могут создать резонанс, вследствие которого возникнет помпаж. Риск появления резонансов выше в системах, в которых нагнетание создается несколькими компримирующими машинами.

Наиболее подвержены помпажу компрессоры, работающие в пульсирующих режимах. Например, газодувки 2АФ, чей режим работы не сопровождается пульсацией рабочей среды, помпажируют гораздо реже по сравнению с аналогичными по мощности поршневыми или центробежными компрессорами. Разумеется, многое зависит и от сторонних факторов: строения трубопроводов, видов примененной запорной арматуры, наличия обратных клапанов и байпасов.

Помпаж и износ

Как уже было отмечено выше, помпаж воздуходувки или компрессора вызывает преждевременный износ механических узлов и электропривода. Нередко именно помпаж турбокомпрессоров становится причиной преждевременного выхода оборудования из строя и нарушений в технологических циклах предприятий. Чтобы минимизировать риск возникновения помпажа, магистрали и сами компрессоры нужно защищать с помощью специальных устройств и приспособлений: перепускных клапанов, байпасов, дросселей и т.д.

Наша компания заинтересована в том, чтобы приобретенное вами оборудование работало долго и бесперебойно, поскольку мы предоставляем своим клиентам длительные эксплуатационные гарантии. Мы готовы оказать вам помощь в предотвращении помпажа компрессоров, газо- и воздуходувок, а также содействовать в выборе и приобретении компонентов противопомпажной защиты.

Источник

Помпаж компрессора газовой турбины причины

Помпаж компрессора, причины возникновения, способы устранения, в том числе в системе наддува ДВС.

Помпаж турбокомпрессора появляется в виде пульсаций воздушного потока в компрессоре, сопровождающихся периодическим выбросом воздуха обратно во всасывающие патрубки дизеля и всасывающего тракта. Иногда помпаж сопровождается характерными громкими хлопками воздуха. Помпаж является следствием уменьшения подачи центробежного компрессора ниже определенного для него критического значения. В результате происходит срыв потока воздуха с лопаток воздушного колеса или лопаточного диффузора компрессора, нарушается устойчивая работа последнего. Эксплуатировать дизель, у которого турбокомпрессор работает неустойчиво, нельзя, так как длительный помпаж может вызвать разрушение воздушного колеса компрессора и деталей всасывающего тракта. Любой центробежный компрессор обладает свойством резко снижать подачу с увеличением сопротивления газовоздушного тракта. Повышение сопротивления газовоздушного тракта может происходить из-за увеличения сопротивления воздухозаборного устройства; неполного открытия заслонок в трубопроводах между компрессорами первой и второй ступеней наддува; за-коксовывания кромок выпускных и продувочных окон в стенках цилиндров дизеля и лопаточного аппарата газовой турбины. Появление помпажа можно объяснить и повышением температуры наддувочного воздуха из-за ухудшения работы воздухоохладителей. Одной из причин, способствующих возникновению помпажа, является повреждение рабочих лопаток турбины и ее соплового аппарата обломками поршневых колец или другими посторонними предметами при отсутствии защитных решеток перед сопловым аппаратом. Возникновению помпажа способствует и повышение температуры выпускных газов перед турбиной из-за уменьшения расхода воздуха по причинам, уже перечисленным выше, а также в связи с тем, что топливная аппаратура дизеля неисправна. Кроме отмеченных причин возникновения помпажа, связанных с возрастанием сопротивления газовоздушного тракта дизеля, можно назвать несимметричную работу параллельно работающих турбокомпрессоров. В этом случае помпаж возникнет у одного из турбокомпрессоров вследствие того, что второй, получая больше энергии, развивает большую частоту вращения, дает больше воздуха и тем самым уменьшается подача первого компрессора, приближая его к границе помпажа. Основная причина несимметричной работы двух турбокомпрессоров – разница в размерах проточных частей турбин, главным образом разница сечения сопловых аппаратов, которая может иметь место вследствие повреждения направляющих лопаток.

Для предупреждения помпажа и устранения его в случае возникновения рекомендуется соблюдать следующие меры: систематически очищать от нагара выпускные и продувочные окна и защитные решетки на входе газов в турбокомпрессор; следить за исправностью воздухозаборного устройства дизеля, не допуская увеличения его сопротивления; следить, чтобы охладители наддувочного воздуха не были загрязнены и не создавали большого сопротивления проходу воздуха; проверять температуру выпускных газов по цилиндрам и температуру воздуха в воздушном ресивере.

Если при соблюдении перечисленных выше требований помпаж не прекращается, необходимо снять турбокомпрессор с дизеля и проверить состояние лопаток турбины и суммарное сечение соплового аппарата. Обнаруженные повреждения лопаток устраняют. Сечение сопел определяют с помощью шаблонов. При обнаружении отклонений от требуемого сечения подгибают кромки лопаток по шаблону.

5) Особенности систем смазки турбокомпрессора с подшипниками каче­ния. Применяемые масла.

Хотя конструкции подшипников и не зависят от их располо­жения, но при двухконсольной схеме наиболее широко распро­странены подшипники скольжения.

К преимуществам подшипников качения относятся: меньшее трение, в особенности при низких частотах вращения, благодаря чему облегчается запуск турбокомпрессора даже при относительно небольшой мощности турбины (двухтактные двигатели); меньший расход масла; меньший нагрев масла; возможность отказа от предварительной смазки.

В подшипниках качения используют смазку разбрызгиванием маслом, находящимся в самом турбокомпрессоре. При низких степенях повышения давления и малых размерах компрессора для создания масляного тумана и обеспечения смазки подшип­ников качения (рис. ) достаточным является погружение маслоподающих дисков в масляную ванну турбокомпрессора; при более высоких степенях повышения давления как со стороны компрессора, так и со стороны турбины применяются приводимые от вала ТК небольшие насосы (рис. ), которые и впрыскивают смазочное масло в подшипники качения; эта мера необходима для отвода теплоты при высоких окружных скоростях подшип­ников.

Со стороны диска компрессора масло охлаждается посредством воздуха, обтекающего корпус подшипника, а со стороны турбины– водой охлаждаемого газоподводящего канала – рис. 10.9. Специального масляного холодильника не требуется ни для масло- подающих дисков, ни для масляных насосов.

Из перечисленных преимуществ и недостатков следует, что турбокомпрессоры с подшипниками скольжения почти всегда выполняются со смазкой, включенной в общую систему смазки двигателя.

Масло для судовых газовых турбин (ГОСТ 10289-79) изготовляют из трансформаторного масла с добавлением противозадирной и антиокислительной присадок. Предназначено для смазывания и охлаждения редукторов и подшипников судовых газовых турбин.

Помпаж компрессора газовой турбины причины

Помпаж турбонагнетателей. Помпаж компрессора

Характер обтекания лопаток рабочего колеса центробежного компрессора на расчетном режиме, а также при уменьшенной и увеличенной подачах при неизменной частоте вращения вала (и u ₁ = const ) показан на рис. 1.

Увеличение подачи компрессора (и с_1а) влечет рост угла β₁ входа относительной скорости (рис. 1, в); угол атаки стано вится отрицательным. При таком режиме работы срыв потока, наблюдаемый на вогнутой поверхности лопатки, увеличивает потери и снижает КПД компрессора, но не приводит к помпажу, т.к. вихревая зона поджимается к вогнутой поверхности лопатки, носит местный характер и не захватывает всю площадь сечения канала.

Подобные срывные явления возникают также при обтекании лопаток диффузора с углами атаки, отличными от нуля (рис. 2).

Из рассматриваемого рисунка видно, что условия для образования срывов более благоприятны на вогнутой поверхности лопатки, чем на спинке, чему способствует криволинейность канала и инерционность потока. Поэтому, как и для случая с рабочим колесом, помпаж возникает при больших положительных углах атаки.

Явление помпажа в компрессоре сопровождается резким увеличением шума, пульсацией давления нагнетаемого воздуха и его подачи, появлением вибрации. В период срыва потока воз дух из нагнетательной полости устремляется во всасывающую и прорывается через фильтр в атмосферу, а затем, в последующий период нормальной работы воздух движется в естественном направлении.

Работа компрессора в зоне помпажа недопустима

— низкое давление за циркуляционным (топливоподкачивающим) насосом;

— воздух или вода в топливе;

— низкая температура подогрева топлива;

— неисправны всасывающий и отсечной клапаны ТНВД;

Источник