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

винт здесь считать рабочее колесо, а за гайку — поток жидкости (или газа).

Как и центробежная, осевая машина будет переме­ щать ту жидкость (или тот газ), в среде которой враща­ ется рабочее колесо, преодолевая при этом большее давление с нагнетательной стороны за счет подводимой к потоку энергии. Рабочие колеса осевых насосов обычно

должна и может быть единой. Частные же особенности отдельных типов лопастных машин, как, например, отме­ ченное выше проявление работы центробежных сил или сжимаемость рабочего тела в газовых машинах, следует рассматривать, исходя из отмеченных общих законов с учетом специфических условий их применения в каж­ дом конкретном случае.

К сожалению, такой подход к рассмотрению рабочих

димо, лишь тем, что изучение рабочих процессов, проте­ кающих в каждом из отдельных типов лопастных машин ( в центробежных, а затем и в осевых насосах, в венти­ ляторах, в центробежных и в осевых компрессорах),про­ текало раздельно, по мере развития конструктивных форы и внедрения в производство каждого из этих ти­ пов. Теперь же, когда развитие теоретической базы каждого типа лопастных машин со всей очевидностью убеждает в ее единстве, нет смысла разделять эту теорию и излагать ее отдельно для каждого из отмеченных выше типов лопастных машин. Этого принципа, т. е. изложения единой теории всех типов лопастных машин, вне зави­ симости от их различий по назначению и по роду рабоче­ го тела, будем придерживаться їв дальнейшем.

Отмеченное выше раздельное развитие теории рабо­ чего процесса отдельных типов лопастных машин приве­ ло и к несоответствию — по существу лишь случайному — укоренившейся по каждому типу терминологии, обозна-

ченмй, а в некоторых случаях н специальных понятий. Уже отмечалось, что осевые вентиляторы и компрессоры так и принято называть осевыми, а осевые насосы неред- "ко называют пропеллерными. По существу, единое поня­ тие об удельной быстроходности в теории лопастных насосов определяется их коэффициентом быстроходности ns, а в вентиляторах — удельным числом оборотов пу (§ I V - 7 ) .

Имеются и другие расхождения в терминологии и специальных понятиях, установившихся по разным ти­ пам лопастных машин. Это будем особо отмечать в даль­ нейшем. Здесь же следует лишь остановиться на одном из важнейших понятий лопастных машин, на понятии о их «напоре», различие в понимании которого в лите­ ратуре о насосах и о вентиляторах при сохранившемся до последнего времени едином обозначении этой величи­ ны одинаковым символом Н может приводить к серьез­ ным ошибкам и недоразумениям.

В насосах под напором Н понимают удельную энер­ гию, переданную потоку и измеренную высотой столба лерекачиваемой жидкости. В сохранившейся до послед­

определенное удобство его применения. В современной системе единиц измерений СИ такого численного равен­

неудачного термина «напор» в теории вентиляторов и других воздуходувных машин установилось наименова­ ние «давление» при прежнем определении этой величины

возможных недоразумений будем в дальнейшем строго различать следующие понятия и придерживаться для каждого из них одинаковых наименований и обозначе­

на действующую систему единиц измерений СИ, следует

еАр

И- — = — м, S 9S

столба жидкости, подаваемой машиной.

Г Л А В А I

ОБЩИЕ УСЛОВИЯ РАБОТЫ МАШИН, ПЕРЕДАЮЩИХ ЭНЕРГИЮ ПОТОКУ ж и д к о с т и ИЛИ ГАЗА

Общность основного процесса — процесса передачи энергии потоку жидкости или газа, отмеченная выше, определяет целесообразность рассмотрения прежде всего и некоторых общих условий работы, свойственных всем

в первую очередь, количеством переданной потоку энер­ гии, вне зависимости от способа ее передачи. Такая задача и рассматривается ниже.

§ I—1. Полезная и затраченная энергия, общий к. п. д. машины и потребляемая ею мощность

Полезной энергией, созданной машиной, следует, очевидно, считать разницу энергий потока после выхода из машины и до входа в нее, т. е. разницу энергий, несо­ мых потоком в нагнетательном и во всасывающем пат­ рубках машины. В единицах удельной (отнесенной к одному кг массы, протекающей через машины жидко­ сти или газа) энергии обозначим это символикой

е — ек — ен докIкг.

Чтобы передать энергию потоку, необходимо затра­ тить энергию на работу машины. Практически последняя передается машине в виде механической энергии, затра­ чиваемой на вращение ее вала. По аналогии с машина­ ми-двигателями эту энергию на валу машины будем обозначать символом ее , хотя ее здесь и нельзя считать «эффективной».

Очевидно, что во всех случаях работы машин, пере­ дающих энергию потоку,

ее>е,

так как разница этих .энергий

ве Є — Єпот

расходуется на механические и внутренние потери, неиз­ бежно связанные с работой машины любого типа.

Степень совершенства или энергетическую экономич­ ность машины следует при этом определять ее о б щ и м к о э ф ф и ц и е н т о м п о л е з н о г о д е й с т в и я к. п. д.

От соответствующих видов удельной энергии можно переходить и к мощностям, т. е. энергии, развиваемой в единицу времени N дж/сек = вт. Для этого, как оче­ видно, удельную энергию следует умножить на массовый расход подаваемой машиной жидкости или газа, на ее массовую производительность

m = р Q кг\сек,

где Q мг]сек— объемный расход или объемная произво­ дительность машины. Поскольку в уравнении (I—1) при переходе к мощности массовый расход m войдет мно­ жителем в оба члена числителя и в знаменатель правой части, это уравнение можно переписать в единицах мощности

е м у ю н а в а л у м а ш и н ы м о щ н о с т ь по у р а в- н е н и ю

гию потоку несжимаемой жидкости, вместо удельной энергии е дж/кг предпочитают оперировать, разъяснен­ ным выше (см. введение) понятием «напор» Нм, т. е. высотой столба жидкости, уравновешивающей изменение давления Др = pg# н/м2 и соответствующей рассматри­ ваемому виду удельной энергии е = gH дж/кг. Сохраняя прежнюю индексацию и для величин Н, уравнение (I—2) в единицах напора следует, очевидно, записывать в виде

§ 1—2. Энергия, переданная машиной потоку

Приведенные выше зависимости определяют необхо­ димость правильной оценки энергии, передаваемой по­ току е дж/кг. Рассмотрим этот вопрос сначала в наибо­ лее общей его постановке, т. е. для всех типов рассмат­ риваемых нами машин, как жидкостных, так и газовых, как лопастных, так и работающих по объемному прин­ ципу.

Известное из гидрогазодинамики или технической термодинамики уравнение баланса энергии в одномерном потоке сжимаемой жидкости (или газа), претерпеваю­ щем изменение термодинамического состояния, записы­ вается в виде

Pi

j vdp,

1

где v = —м3/кг — текущее значение удельного объема

Р

газа, изменяющегося в процессе изменения его состояния, а

Р\ и р2 — начальное и конечное давление в га­ зовом потоке, претерпевающем такое изменение состояния.

Величина

процесса изменения состояния газа, но и работа, совер­ шаемая при заполнении рабочего пространства рабочим телом (газом) и при освобождении его от этого тела, необходимом для повторения процесса в периодически действующей машине. В термодинамической р — v диаг­ рамме эта внешняя работа, как очевидно пз математи­ ческого ее определения в виде интеграла, соответствует площади цикла процессов: заполнения рабочего прост­

Такой круговой процесс (замкнутый цикл процессов) соответствует периодически повторяющимся процессам в компрессорной машине, работающей по объемному принципу. Поэтому и учитывая, что здесь не принимают­ ся в расчет реально существующие отступления от тео­ ретических условий протекания рассматриваемых про­ цессов (приводящие и к соответствующим потерям энер­ гии), рассмотренный здесь цикл процессов называют теоретическим циклом компрессора.

Величину

сор), а не «вн» (внешняя работа), называют р а б о т о й - т е о р е т и ч е с к о г о ц и к л а к о м п р е с с о р а . .

Р

V

trt If,

Рис. I —2

Применяя правило интегрирования по частям, получаем

(1-4)

что и соответствует приведенному выше графическому изображению (рис. 1—2) составляющих .работы теоре­ тического цикла компрессора: