книги / Методы исследования центробежных компрессорных машин

стеклопластика. На продольных балках каркаса ванны смонтиро­ ваны две направляющие, по которым перемещается координатник 5, позволяющий устанавливать колодку с зондами в любой точке ванны с точностью до ±0,1 мм.

Конструкция координатника позволяет вращать зонд 3 вокруг вертикальной оси, а также перемещать его по высоте. Координатник имеет копирное устройство 6,

В качестве электролита используется чистая водопроводная вода. Возможно также использование растворов купороса, серной или соляной кислоты [60] малой концентрации для устранения возмож­ ности нежелательных электрохимических процессов и изменения состава электролита.

На рис. 128 представлены результаты исследования меридио­ нального потока в рабочем колесе ц. к., полученные при моделиро­

вании на клиновой электропроводной бумаге. Линии тока sl9 s 2, . • s7 получены разбивкой безразмерного расхода ст F на

шесть частей. При безотрывном течении стенки канала являются линиями тока (sx и s7). Вдоль линий тока нанесены расстояния в мм. По результатам обработки первичных данных построено

Рис. 129. Изменение относительной меридиональной скорости стсР вдоль линий тока в рабочем колесе

эквипотенциалами, поэтому при построении графика ст ср = f (s)

величина этого отношения должна соответствовать середине участка Д/ между двумя соседними эквипотенциалами.

Схему установки для статических продувок рассмотрим на примере стенда ССП-1 ЛПИ им. М. И. Калинина. Установки такого типа пригодны для изучения физических явлений в элемен­ тах ступеней и совершенствования их проточной части.

Основные требования, предъявляемые к установкам такого рода, следующие: 1) безопасность и простота обслуживания уста­ новки; 2) удобство размещения измерительных и регистрирующих приборов; 3) возможность обеспечения подобия по М и Re; 4) равномерность поля скоростей и давлений на входе в исследуе­ мую модель.

Схема установки для статических продувок представлена на рис. 130. Основой стенда служит вентилятор высокого давле* ния 7 с приводом от асинхронного электродвигателя 8. Регулиро­ вание производительности вентилятора осуществляется задвиж­

кой в. Испытуемая модель 1 соединяется с вентилятором через цилиндрическую трубу достаточной длины 5, внутри которой устанавливается мер­ ное сопло 4. Измерение рас­

но, удовлетворить требование равномерности поля скоро­ стей и давлений перед вход­ ным отверстием модели.

На рис. 131 представлена схема модели для исследова­ ния меридионального потока в рабочем колесе ц. к. на стенде статических продувок. С помощью такой модели можно изучать распределение скоростей и давлений в обла­ сти поворота из осевого на­ правления в радиальное, по­ лучить распределение углов атаки в сечении перед вход­ ными кромками лопаток р. к. и т. д. Данные статических продувок меридионального профиля должны быть в основ­ ном справедливы и для вра­ щающегося рабочего колеса при отсутствии закрутки по­ тока в радиальной плоскости. Как показывают экспери­ менты на моделях с вращаю­ щимся ротором, в области рабочих режимов закрутка потока обычно полностью от­ сутствует. Некоторые откло­ нения при сравнении с натур­ ными испытаниями могут быть вызваны обратным влия­ нием вращающейся решетки.

Модель криволинейного осесимметричного канала с меридио­ нальным профилем, соответствующим исследуемому рабочему ко­ лесу, выполнена в виде сектора с центральным углом 0. Корпус модели 1 деревянный; внутренние стенки, имитирующие рабочий и покрывающий диски, выполнены из воска отливкой на металл, что обеспечивает высокую чистоту их поверхности. Одна из ра­ диальных стенок 2 металлическая, в ней просверлены отверстия

Рис. 131. Схема модели для исследования меридионального потока в рабочем колесе на стенде статических продувок

для ввода в проточную часть приборов. Поток в таком канале осесимметричный, поэтому измерения необходимо производить только в средней плоскости. Для обеспечения такой возможности прибор 5 с помощью электромагнитного координатника 4 устана­ вливается на листе 3, плоскость которого параллельна средней плоскости модели. Благодаря такой схеме установки приемные отверстия приборов всегда находятся на средней линии канала. Во время испытаний отверстия, просверленные в стенке 2 и не используемые в данный момент, закрываются полосками бумаги. Благодаря разрежению, создаваемому в канале, они плотно при­ легают к поверхности стенки, исключая возможность подсоса воздуха и искажения картины течения.

Замена стальной стенки 2 крышкой из прозрачной пластмассы дает возможность проводить визуальные наблюдения, определять места отрывов потока с помощью нитей, дыма, получать фотогра­ фии картины течения.

Подобная схема измерений позволяет достаточно просто полу­ чить распределения скоростей и в других элементах ступеней.

На рис. 132 приведены для примера данные, полученные при статических продувках модели, описанной выше. Расстояния на схеме модели даны в долях диаметра D 2.

Визуализация потока в проточной части ц. к. в принципе открывает большие возможности для исследования физической

0.05*5

с0

Рис. 132 Распределение меридиональной скорости вдоль входных кро­ мок рабочих колес, полученное при статических продувках

картины течения. Однако широкое применение этого метода ис­ следования тормозится определенными техническими трудно­ стями, особенно при исследовании потока во вращающихся элемен­ тах турбомашин.

Если при отработке неподвижных элементов проточной части применимы сравнительно хорошо освоенные экспериментальной аэродинамикой оптические методы, то для визуализации потока во вращающихся каналах требуются специальные установки.

При эксплуатации таких установок необходимо применение стробоскопической аппаратуры для визуального наблюдения и фотографирования картин течения, а также введение в поток дыма при моделировании на газе или подкрашенной жидкости при моделировании на воде.

Для подкраски рабочей среды необходимо наличие специаль­ ных приспособлений, как-то: генераторов дыма, смесителей, спе­ циальных порошков с удельным весом, равным удельному весу рабочей среды в модели, и т. д. В установках такого рода предъ­ являются повышенные требования к очистке среды перед всасываю­ щим отверстием модели и чистоте рабочих поверхностей. По­ скольку при визуальных наблюдениях желательно иметь плоский

поток в канале, приходится упрощать проточную часть рабочих колес и других элементов проточной части. Сказанное объясняет,

Рис. 133. Схема установки"’для'визуализации потока жидкости в рабочем колесе центробежной ступени

радиальными лопатками и предкрылком 3. На передней стенке корпуса модели собран лопаточный диффузор 7. Лопатки рабо­ чего колеса и диффузора выступают над поверхностью воды, чтобы избежать перетечек из одного канала в другой.

Привод осуществляется от электродвигателя через редуктор. Скорость вращения ротора до 30 обШин. Чистота воды и равно­ мерность потока на входе обеспечиваются фильтром и решеткой 5. Расход регулируется с помощью кольцевой водосливной перего­ родки 2. Это приспособление позволяет одновременно определить величину перепада давлений Ар в колесе за вычетом потерь от циркуляции воды в баке 6 и всасывающей камере 4, малых вслед­ ствие небольшой скорости воды по сравнению с ее скоростью

в проточной части колеса. Для визуализации потока применялись струйки молока и порошкообразные красители. При столь неболь­ шой скорости вращения фотографирование потока производится обычным фотоаппаратом

При визуализации потока воды возможно использование пу­ зырьков пара, образующегося при ее нагревании. Для этого перед входом в исследуемый элемент поперек канала помещается проводник, разогреваемый электрическим током.

В работе [122] описывается установка для визуализации воздушного потока с моделью ступени ц. к., выполненной в нату­ ральную величину. Задняя стенка модели изготовлена из плексиг­ ласа. Дым от генератора подводится по дренажу в межлопаточ­ ный канал через специальное уплотнение между неподвижной и вращающейся трубками.

«Дым» в действительности является облаком, состоящим из мелких капель, находящихся во взвешенном состоянии. Перед попаданием в проточную часть производится отделение наиболее крупных капель, что позволяет избежать замутнения видимых траекторий. Цвет дыма белый. Для улучшения контрастности дыма в керосин добавляется 5% масла.

При визуализации течения в неподвижных элементах наибо­ лее прост и доступен метод нитей, помещаемых в исследуемый канал. Закрепленные в одной точке нити длиной 5—15 мм прини­ мают форму линий тока газа. Нити могут быть установлены в виде бахромы по контуру исследуемого канала или поперек канала. Применяют также нитевые зонды. При этом единичная нить вводится в различные точки канала, показывая направле­ ние потока.

Такие простые и эффективные приемы, как правило, неприме­ нимы при исследовании течения в рабочих колесах, так как опыт показал, что положение нитей в основном определяется действием центробежных сил, а не газового потока.

В работе [116] описан метод визуализации с помощью искро­ вого разряда тока высокого напряжения. Разряд направляется перпендикулярно движению газа, «сдуваясь» на величину, про­ порциональную местным скоростям потока.

Течение в рабочем колесе визуализируется путем скоростной киносъемки. Метод пригоден для исследования потоков при боль­ ших и 2 (до 400 м'сек на описанной установке).

Графики газодинамических функций при k = 1,4