Жидкостные ракетные двигатели Добровольский М.В. (1014159), страница 56
Текст из файла (страница 56)
йраги енин Формула (7.26) показывает, что при заданных размерах колеса напор пропор- Рис. 7ль угол иедоирутии лр, ционален квадрату числа оборотов, а прн заданных оборотах напор пропорционален квадрату диаметра колеса. Используя формулу Эйлера в виде (7.24) или в виде (7. 25), необходимо подставлять в нее действительные значения скорости сз„, которую имеют струйки жидкости, выходящие из колеса. Согласно плану скоростей на выходе из колеса предполагаем, что поток, текущий по колесу, полностью следует за профилем лопаток. Однако такое положение возможно только теоретически, а именно тогда, когда на колесе было бы размещено бесконечно большое число бесконечно тонких лопаток.
При конечном числе лопаток только струйки, непосредственно примыкающие к передней (по ходу колеса) поверхности лопатки, следуют за профилем лопатки. Более удаленные от лопатки струйки имеют угол выхода с колеса, меньший, чем угол ~ь на угол недокрутки струйки Лбз (рис. 7. 9). По этой причине (см. рис. 7. 8) при одном и том же значении газ скорости сз для этих струек становятся меньшими, а напор, вычисляемый по формуле (7. 24), в удаленных струйках также уменьшается. При выравнивании напора отдельных струек общий теоретический напор Н„создаваемый колесом с конечным числом лопаток, будет меньшим, чем напор, который создало бы колесо с бесконечно большим числом лопаток Н, .
Связь между этими напорами определяется соотношением. Величина р, а следовательно, и снижение напора будет тем больше, чем меньше число лопаток з и чем короче канал между лопатками (чем больше отношение Р17Р,). Величина 1р учитывает качество обработки колеса и величину выходного угла лопатки; она вычисляется для колес центробежных насосов по соотношению о =- (0,55 —: 0,68)+ 0,6 з1п,",. (2. 29) Снижение напора, создаваемого колесом за счет конечного числа лопаток, не вызывает увеличения необходимой работы или мощности, затрачиваемой на вращение колеса. Это происходит потому, что если колесо не полностью закручивает поток, то и энергия, соответствующая недокрутке, не отбирается потоком от колеса.
Таким образом, снижение напора вследствие конечного числа лопаток требует только изменения размеров колеса или увеличения числа оборотов (увеличения иэ), но не приводит к потере работы и не должно учитываться в коэффициентах полезного действия колеса. Как видно из формулы (7.25), теоретический напор колеса зависит от вида плана скоростей на выходе из насоса; вид плана скоростей в значительной мере определяется величиной угла ()з Кавитация Кавитацией, или холодным кипением, называется возникновение в потоке жидкости в зоне минимального давления разрывов или пустот, заполняемых парами жидкости.
В общем случае согласно уравнению Бернулли при отсутствии потерь полный напор жидкости Ра + у у 2е откуда статическое давление в потоке ум2 Р'=Ро 2д (7. Зо) Рп~в = Рвп арпп п Условие бескавитационной работы Рвв — арппп = Рт ~п ) Р, Рв» Рв > драпп. или (7. 81) 276 При высоких скоростях движения потока статическое давление может стать меньше давления насыщенных паров р, и тогда происходит закипание жидкости, т.
е. возникает кавитация. В колесе центробежного насоса в отношении кавитации наиболее опасным является сечение входа жидкости на лопатки колеса, где полное давление жидкости минимально (насос еще не сообщил жидкости энергии), а абсолютная и относительная скорость потока велики. Высокие относительные скорости при входе на лопатку способствуют образованию полостей пониженного давления с задней стороны лопатки (рис. 7. 10), т. е. способствуют возникновению кавитации. Кроме того, неравномерное поле абсолютных скоростей при подходе к лопатке вызывает дополнительное падение давления в струйках, где скорость будет больше средней.
Наименьшее давление при входе на лопатки р м может быть определено как разность статического давления на входе в колесо р,„ и ве. личины дополнительного падения давления Ьр„„ вследствие образования зон пониженного давления и неравномерности абсолютных скоростей, т. е. В еличина (р„— р,) характеризует напор, который еще может быть использован для увеличения скорости потока без возникновения кавитации и называется ка вита цион н ы м з а п а со м. При прочих равных условиях увеличение числа оборотов насоса п и расхода Яо приводит к увеличению относительной и абсолютной скорости потока 1(7.13), (7.16)), а следовательно, и к увеличению опасности возникновения кавитации.
С ростом п и Яо кавитация на лопатках возникает при меньших давлениях на входе. Кавитация нарушает нормальную работу насоса по двум причинам. Во-первых, вследствие того, что часть объема, подаваемого насосом, оказывается заполненной парами жидкости, происходит падение напора и уменьшение расхода подаваемой жидкости. Во-вторых, при попадании жидкости, имеющей в своей массе паровые мешки, в область более высоких давлений пар конденсируется и заполнение объема паровых мешков жидкостью происходит с большой' скоростью (до 1500 — 1800 м/сек), что приводит к явлению гидравлического удара в момент заполнения объема.
Совокупность направленных гидравлических ударов в фокус полусферы паровых объемов, нахо- + ар дящихся на поверхности лопаток, приводит к эрозионному разрушению металла. Так как кавитационная эрозия развивается постепенно, то ввиду малой продолжительности работы насосов ЖРД она не опасна, одиако 1тие 7 1О Область пониженного данлекавитация в насосах ЖРД недопу- нии при обтекании лопаток насоса стима из-за падения напора и уменьшения объемного расхода. Изменение напора при возникновении кавитации характеризуется так называемыми кавитационными характеристиками. Различают с р ывн ые х а р а к те р исти ки (рис.
7. 11, а, б), т. е. зависимость напора Н от давления на входе р,х (или величины р„— р.), и кавитационные характеристики, выражающие зависимость предельного давления на входе р„„„, ниже которого начинтется кавитация, от числа оборотов и и расхода Я. Срывные характеристики получают по результатам испытания насосов при заданных расходе и числе оборотов. Предельное давление на входе р„н„, ниже которого начинается кавитация, определяется как давление, при котором падение напора составляет 2 — 3%. На основании серии проведенных испытаний строят кавитационные характеристики р„ „„=)(и, Я) (рис.
7.11,в). Кавитационные свойства насоса надежно устанавливаются только опытным путем. При расчете насосов одной из основных задач является определение максимально допустимого по условиям кавитации числа оборотов насоса при заданных давлении на входе и расходе. Исходя из условия бескавитационной работы (7. 31) Рхх Р* > 7ЬРхоп и проведя анализ величины составляющих Лрд„1!39), [25), получим расчетную формулу для определения максимально допустимого числа оборотов насоса (формула С. С.
Руднева): 1 7И„,— О;,' жхх хр ,~а, ( 1о (7. 32) "77 Здесь сир — критический коэффициент кавитацин, который определяется опытным путем и характеризует собой кавитационные качества насоса, т. е. степень предрасположения насоса к кавитации при снижении р„. Впервые коэффициент с„р предложен С. С.
Рудневым, поэтому его часто называют коэффициентом Руднева. Для обычных насосов с,р —— 800 —:1100. Для колес с высокими антикавитационными свойствами, имеющих особые формы и лопатки специального профиля, сир может достигать 2000 — 2200. При применении осевых или шнековых Ры.каа Нм 250 Нн 250 Ио ао Рхх каа. 5) Ра| Рах каи. а) Рах Рис. 7. 11. Кавитационные характеристики: а, б — срыеиые характеристики; и — каеитациеииая характеристика р к как=ил, Ю предиасосов, что является одной из основных мер предотвращения кавитации, величина с„р увеличивается до 3000 — 3100. Имеются данные, что с помощью предиасосов удается повысить с„р до значений 3500 — 4000 (139]. Шнековый преднасос не только повышает давление жидкости, но и создает закрутку потока, уменьшающую относительную скорость движения жидкости на входе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
