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.

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 изменение 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_гр (где Q_гр – подача, соответствующая точке максимума характеристики машины).

Если в начале работы давление в емкости А было P_нач , то начальная подача составляла Q_нач

Если Q_нач > 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.