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

Г Л А В А I V .

ПОДОБНЫЕ ЛОПАСТНЫЕ МАШИНЫ И ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ПОДОБИЯ

ляторам и компрессорам этот метод развивался не­ сколько по-разному, но за последние годы выработа­

лишь в терминологии, в количественной оценке величин, связанных с основными понятиями, и в методике приме­ нения законов подобия.

Особое значение приобрел метод подобия в связи с развитием моделирования при создании серий одно­ типных лопастных машин и при разработке новых их типов на основе анализа результатов широко поставлен­ ных исследований различных по форме моделей. Так были, например, созданы лучшие в свое время в мире образцы пропеллерных насосов огромной производитель­ ности (25 м3 /сек) для канала им. Москвы, так создались, создаются и доводятся до максимального совершенства практически все современные образцы новых типов пасооов, вентиляторов и турбокомпрессоров.

Метод подобия находит широкое применение и в про­ цессе современного развития теории лопастных машин, а особенно — при обобщающей обработке эксперимен­ тальных исследований гидроаэродинамических процес­ сов, протекающих в этих машинах. Теория этих машин, основы которой изложены выше, обеспечивает, в свою очередь, обоснованное развитие метода подобия в приме­ нении к лопастным машинам, .

рабочие процессы в лопастных машинах могут считаться подобными лишь при условии, что эти машины геомет­ рически подобны друг другу. Все сходственные линей­ ные размеры таких машин должны быть пропорциональ­

различные по конструктивной форме и размерам рабо­ чие колеса этих машин и их неподвижные проточные каналы. Такие машины, как очевидно, не могут считать­ ся геометрически подобными. Но каждой из них может соответствовать целая серия машин, ей подобных, со­ храняющих пропорциональность в изменении всех размеров.

Представим себе ряд рабочих колес лопастных ма­ шин (насосов, вентиляторов, компрессоров), предназна­ ченных для работы при различных повышениях полного давления («напорах») и различной производительности (рис. IV—1). Если колесо (тип А) должно развивать большое Др, т. е. передавать потоку относительно боль­ шую удельную энергию, но при небольшой производи­ тельности Q, его следует сделать центробежным с боль­ шим отношением наружного диаметра D2 к внутреннему D\. Проходные сечения в таком колесе, определяемые, например, шириной межлопаточного канала на выходе Ь2, следует сделать небольшими..

Если же требуется уменьшить Др, развиваемое ма­

Рис. IV—1

каждого типа для различных Ар и Q на рис. IV—1 услов­ но показано растянутыми знаками увеличения или умень­ шения соответствующей величины вдоль ряда разнотип­

вать различным соотношениям между создаваемыми ими

постоянством константы геометрического подобия или линейного масштаба3 3 )

ории лопастных машин, потому, что за основной размер этих машин обычно считают диаметр рабочего колеса.

вило, выполняется. В таких случаях выполнение гидроди­ намического подобия можно ограничивать лишь требо­

т. е. проявляется влияние абсолютных размеров подоб­ ных систем, не учитываемое зависимостями, непосред­ ственно вытекающими из законов подобия. Это требует введения соответствующих поправок, основанных па масштабных сериях опытов, т. е. па установлении зави­ симостей, характеризующих изменение отдельных ве­ личин при изменении масштаба моделирования.

Такие поправки к основным законам подобия необ­ ходимы и в тех случаях, когда какая-либо из величин, входящих в закономерности, определяемые законами подобия, зависит не только от гидродинамических фак­ торов, учитываемых критерием Re, но п от других физи­ ческих величин и соответствующих им критериев подо­ бия. Так, например, масштабный эффект, строго говоря, приходится учитывать при оценке механических к.п. д. подобных лопастных машин, работающих на сходствен­ ных режимах, поскольку на величину этих к. п. д. ока­ зывают влияние факторы, связанные с трением дисков и механическими потерями, не определяемыми критерия­ ми гидродинамического подобия.

§ IV—2. Режимы работы лопастной машины

Основной особенностью лопастной машины любого типа является то обстоятельство, что развиваемое ею по­ вышение давления как полное, так и статическое, не является постоянным. При неизменном числе оборотов конкретной машины полное повышение давления, кото­ рое она может создать, зависит от ее производительно­ сти, т. е. от режима ее работы в конкретных условиях эксплуатации. Это вытекает из основных уравнений

теории лопастных машин, рассмотренных выше, из уравнения, 'определяющего теоретическую энергию, пе­ редаваемую машиной, в зависимости от радиальной проекции абсолютной скорости по уравнению (III—1).

Зависимость

висимость устанавливается практически на основе испы­ таний конкретной машины, проводимых при разных режимах ее работы с определенным и неизменным числом оборотов на каждом режиме.

Наряду с замерами Ар и Q при стендовых испытаниях машины на каждом режиме определяют и потребляемую мощность TV, а, зная Ар, Q и N, по уравнению (I—1) оп­ ределяют полный к. п. д. машины л.

На рис. IV—3 приведена схема типичной характери­ стики лопастной машины, имеющей, как правило, точку

Рис. IV—3

перегиба, соответствующую максимуму Ар. Левую (пунктирную) часть этой характеристики считают нера­ бочей, в связи с возможностью возникновения здесь срывных явлений, вызывающих неустойчивую работу машины. Поэтому производительность, соответствую­ щую Ар макс на характеристике машины, следует прак­ тически считать минимально допустимой-

обеспечить работу машины непременно на этом режиме далеко не всегда удается.

Режим работы, при котором работает машина, опре­ деляется не только ее характеристикой. Этот режим за­ висит еще и от тех конкретных условий, в которых нахо­ дится машина в процессе ее эксплуатации, будучи включенной в конкретную систему трубопроводов, свя­ зывающих машину с резервуарами всасывания и нагнетания. Гидродинамические свойства такой 'системы называют х а р а к т е р и с т и к о й с е т и , в которую включена машина. Такая характеристика сети опреде­ ляется также зависимостью Ар (Q), но Ар здесь следует

между резервуарами нагнетания и всасывания и соот­ ветствующей разницей уровней свободных поверхностей несжимаемой жидкости в резервуарах нагнетания и вса­

ния, создаваемое машиной, будет определяться гидрав­

При установившемся режиме работы системы (маши­ на — сеть) Д р у с т = const. Гидравлические сопротивления в трубопроводах можно считать квадратичными, т. е. из-