книги из ГПНТБ / Соколов Ю.Н. Основы единой теории лопастных машин (насосов, вентиляторов, воздуходувок) [учеб. пособие для студентов втузов]

,К6втрольпыП экземпляр

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР

ТОМСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени С. М. КИРОВА

10. Н. СОКОЛОВ

ОСНОВЫ ЕДИНОЙ ТЕОРИИ ЛОПАСТНЫХ МАШИН

(насосов, вентиляторов, воздуходувок)

Дойтрольпый гхзэгдпляр'

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР

ТОМСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени С. М. КИРОВА

10.н. СОКОЛОВ

ос н о в ы

ЕДИНОЙ ТЕОРИИ ЛОПАСТНЫХ МАШИН

(насосов, вентиляторов, воздуходувок)

По мере возможности, ограничиваемой объемом'кни­ ги, автор стремился, в то же время дать в ней основные сведеншя о новейших достижениях развития теории ло­ пастных машин различных типов, ознакомить, в частно­ сти', и с некоторыми результатами его личных исследова­ ний отдельных вопросов и методов расчета этих машин. Детальное изложение современной теории потенциаль­ ного обтекания решеток профилей, как хорошо освещен­ ное в имеющейся литературе, пришлось опустить.

Сознавая сложность поставленной задачи, автор до­ пускает возможность и некоторых неудач в ее разреше­ нии. Поэтому он будет благодарен за любые критические замечания по его работе и выражает признательность рецензентам — доценту, канд. тех. наук А. Р. Айзенштейиу, А. Ф. Тернову, а также доценту,, канд. тех. наук. Б. М. Ти­ тову, принявшему на себя труд по редактированию рукописи.

Автор.

ВВЕДЕНИЕ

Насосы, вентиляторы, воздуходувки и компрессоры, с которыми приходится иметь дело инженерам различных специальностей, называют обычно гидравлическими и воздуходувными машинами •— собирательное понятие. По осуществляемому в них рабочему процессу все эти ма­ шины в совокупности характеризуются тем, что в них обеспечивается передача энергии потоку жидкости или газа, протекающему через эту машину.

Группу таких машин, в которой процесс передачи энергии обеспечивается за счет силового взаимодействия между потоком жидкости или газа и лопастями (лопат­ ками) рабочего колеса (рабочих колес, если их несколь­ ко) , будем называть л о п а с т н ы м и м а ш и н а м и . По сравнению с другими типами гидравлических и воз­ духодувных машин лопастные машины в современной технике получили наибольшее распространение.

Лопастными машинами следовало бы называть и такие, в которых осуществляется обратный процесс — пе­ редача энергии от потока лопаточным венцам рабочих колес и валу машины, т. е. машины-двигатели. Но эги машины обычно просто называют турбинами. Иногда применяют и обобщающий термин — турбомашины, к ко­ торым относят как турбинные двигатели, так и лопаст­ ные машины, потребляющие энергию1 ). В дальнейшем, говоря о лопастных машинах, мы будем ориентироваться

в основном лишь на последние, т. е. на насосы, вентиля­ торы, воздуходувки и компрессоры лопастного типа.

Любые машины могут быть классифицированы по различным признакам, но основной системой класси­ фикации машин, передающих энергию потоку (как и машин-двигателей, воспринимающих энергию от потока), следует считать их энергетическую классификацию, в ко­ торой все машины данного класса разделяются на группы и типы в зависимости от способа передачи энергии. Так как энергия, несомая потоком жидкости, определяется трехчленом Бернулли

Р2

энергия, переданная такому потоку, может восприни­ маться за счет:

сMJceK.

Вдвух первых случаях изменяется потенциальная энергия потока, а в последнем — кинетическая. В газовых

потоках, когда плотность р кг/м3 мала, изменение ниве­ лирной высоты z м не создает заметной работы преодо­

газ отдельными порциями изолируется в некотором объ­ еме, подвергающемся изменению за счет внешних сил (поршневые и роторные машины).

Изменение энергии потока за счет изменения скоро­ сти движения жидкости или газа, т. е. изменение кине­

С позиции рассматриваемой здесь энергетической классификации лопастныемашины принадлежат к сме­ шанному типу: в них изменяется как кинетическая, так и потенциальная энергия потока жидкости или газа. Сило­ вое взаимодействие потока с обтекаемыми им лопастями рабочего колеса лопастной машины приводит как к из­ менению давления р , так и к изменению скорости с в потоке2 ).

По направлению движения потока жидкости или газа, проходящего через рабочее колесо лопастной машины, различают ц е н т р о б е ж н ы е и о с е в ы е машины. В центробежном колесе поток протекает в радиальном направлении (рис. О—1). В осевых машинах, которые по

форме рабочего колеса называют также пропеллерными, поток движется вдоль оси вращения рабочего колеса (рис. О—2). Окружная скорость в каждом из кольцевых элементов потока при этом не изменяется.

2 ) Е активных турбинах и в компрессорных турбомашинах с нулевой степенью реакции (см. ниже — § III—2) давление при переходе через рабочее колесо не изменяется. Поэтому, например, гидротурбины активного типа относятся к числу струйных машин.

Рассмотрим, пока лишь в общих чертах, принципиаль­ ные схемы и принцип работы лопастных машин центро­

леса 3, имеющие специальную форму, соединяют задний диск с передним 4. Колесо окружено корпусом машины 5, образующим и спиральную камеру 6. С передней сторо­

стицы, вступающие сюда из центральной полости колеса. Таким образом, вращение центробежного колеса создает н е п р е р ы в н ы й п о т о к жидкости (или газа) от всасы­ вающего патрубка машины к рабочему колесу, через его межлопастные каналы в спиральную камеру, а из нее — п нагнетательный патрубок машины. Непрерывность движения потока, не преграждаемого, хотя бы на время,

подведения к потоку энергии извне. Это обеспечивается за счет силового (и энергетического) взаимодействия потока с лопастями рабочего колеса, за счет внешней