Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей. Учебник под ред. В.М.Кудрявцева (1014186), страница 106
Текст из файла (страница 106)
Тогда действительный напор Н = 1,5(мг,р)Ч2. (14. 73) Обычно КПД насоса )1 = 0,35 —: 0,55. Порядок расчета черпакового насоса сводится к нахождению и, по заданным Н, )Г и в) или к нахождению )э насоса по данным Н и )г при выбранном п, = 10 —: 30. Затем определяют в) „; вн г„по (14.73), находят и„принимают с„, определяют Р„и геометрию входа обтекателя. Задаваясь толщиной стенок обтекателя, принимают б, выбирают В, внутренний диаметр вращающегося корпуса, высоту 7) и число лопаток. Задаваясь КПД насоса, определяют его мощность Л) . К положительной стороне черпакового насоса следует также отнести возможность варьирования размером корпуса заборника (при )а = сопз1) при практически неизменном КПД насоса.
Кавитация. Кавитаиией называют процесс парообразования в текущей жидкости, возникающий в результате местного падения статического давления. Там, где статическое давление падает ниже давпения насыщенного пара (при данной температуре), в жидкости образуются паровые пузырьки, каверны и возникает кавитация. 528 Образовавшийся пар может заполнить большую часть проходного сечения канала н расход жидкости прекратится — произойдет полный срыв работы насоса. Если кавитация невелика, то пузырьки пара, двигаясь по каналу, снова попадут в область повышенного давления, где пар перейдет в жидкое состояние (произойдет конденсация пара); при этом объем, занимаемый паром, резко уменьшится, возникнет гидравлическни удар, вызывающий у стенок канала кавитационную эрозию, разрушающую металл.
Кавитация в насосе может возникнуть только там, где давление мало. Местом возникновения первых очагов кавитации обычно являются мельчайшие пузырьки свободного газа, находящегося в жидкости или в микротрещинах конструкции. Возникновение и развитие кавитации зависит от температуры и давления насыщенных паров жидкости, количества растворенного в жидкости газа (так как наличие свободного газа в жидкости значительно ускоряет начало кавитации) физических свойств жидкости.
Так, силы поверхностного натяжения и силы вязкости жидкости замедляют скорость роста кавитационных каверн. Процесс парообразования сопровождается затратой теплоты, отбнраемой от жидкости. Интенсивность кавитации (относительный объем выделившегося пара) зависит от отношения плотности жидкости к плотности пара н отношения теплоемкости жидкости к скрытой теплоте парообразования; чем больше эти отношения, тем больше интенсивность кавитации. В насосах обычно рассматривают несколько кавитационных режимов: а) режим начала кавитации (Лр „) — появление кавитационных каверн на входных кромках лопаток, но выходные"параметры насоса (Н, 1)) еще не меняются; б) первый критический режим (Лр) )— начало падения выходных параметров насоса; в) второй критический режим (Лрп) — начало резкого падения выходных параметров, но работа насоса еще устойчивая; г) третий критический режим (Лр))))— срыв режима работы насоса. Обычно у центробежных насосов начало резкого падения выходных параметров соответствует срыву работы насоса, т.
е. отсутствуег режим Лрш. Если в каком-либо месте гидравлического тракта статическое давление окажется ниже давления насыщенного пара рабочей жидкости р„ то начнется кавитация. Обычно самое опасное место в насосе — область входных кромок лопаток. Рассмотрим участки тракта на входе в насос (р„; с, ) и на входных кромках колеса (р;, с„ и),). Без учета гидравлических потерь по тракту между указанными участками полное давление жидкости рж.вт + 0 5 вс,д —— 0,5 рс~~+ 0 5 авив Рп)~~ + р)втв где рвв.ст и р)вв статические давления; 1~в~ — коэффициент, характеризующий степень повышения относительной истинной скорости потока в межлопаточном канале колеса по сравнению со средней относительной скоростью и), (что вызывается в основном неравномерным распределением статического давления в поперечном сечении канала). С уменьшением р„, до величины р, начинается кавитация (р„, = 529 = Р,) при этом на входе в насос статическое давление Р,„„достих гает минимально допустимого значения: Рвх.сс,на+ 0,5рсвх = = 0,5рс( + 0,5Х„„ргэ(+ Р,.
Обозначим (14.74) 0,580'+ 0,5>каа8г~', = ЛРкр Следовательно, р~ сссн~+ рс *72 Рг = ЛРар где ЛРкн кри тический кавитационный запас насоса, т, е. превышение минимально допустимого полного давления во входе в насос над давлением насыщенных паров. На практике обычно коэффициентомХ„„учитывают также гидравлические потери во входном участке насоса и неравномерность абсо лютной скорости потока оп Из (14.74) можно получить часто применяемую в практике насосостроения формулу Руднева Ск„=208 ~7 (7 ](ЛР„ч,78), (14.75) где С„„— кавитационный коэффициент, определяющий кавитационное совершенство насоса.
Наличие свободного газа в жидкости ухудшает кавитационные свойства насоса. Ориентировочная зависимость изменения С„„от количества газа (г„„в жидкости к' приведена ниже: С 1С 1 0,877 0,82 0,767 0,729 0,688 0,66 0,61 0,67 каВ.ГВВ каа,ж Р„а,!У,к . . . .. 0 0,01 0,09 0,04 0,06 0,08 О,1 0,12 0,14 Для улучшения антикавитационных свойств насосов необходимо уменьшить частоту вращения вала насоса, абсолютную скорость потока на входе в колесо, загромождеиие входной полости колеса и увеличить статическое давление компонента на входе в насос.
Для получения хороших антикавитационных качеств насосов площадь входа Ра определяется из условия оптимальной скорости на входе в колесо с, р,р, и соответственно оптимального приведенного диаметра: Зг . (14. 76) (1 4. 77) Для центробежного колеса (гр =- 4,4 —: 5; Уг, = 0,01 + 0,015; для осевого колеса йп = 6 —: 8; lг, = 0,006 —: 0,01. Приведенные формулы получены в результате преобразования.
(14.74). К а в и та ци о ни а я х а р а кте р и ст и к а н а соса. Кавитациоииая характеристика — это зависимость изменения вы. ходных параметров, например напора, от давления на входе в насос 680 (рис. 14.28). Обычно на кавитационную характеристику наносят значения кавитационных режимов Лр аб Лрг, ЛРи, ЛРш.
Точно установить наступление того или иного кавитационного режима нередко бывает трудно, поэтому, например, за наступление режима Лрг условно принимают такое значение р„, при котором номинальное значение напора насоса Н„падает на 2 — 3%. Кавитационные с вой- и ства центробежного н а со с а. Обычно у центробеж- и иых насосов С„„= 1000 —: 1400. Для его увелйчения следует: а) уменьшить абсолютную скорость потока с', перед поступлением на лопатки колеса за счет увеличения проходного сечения в этом месте в лдиархбрх ЛРааг Р 1,5 — 2,5 раза по сравнению с Е„ Рх Рх Ранг Ргх т. е.
Г'ь„— — 1,5 —: 2,бала или Рнс 14.28. Каантаннонная харак- 4О,бг7(17а~ — г(~„) =- 2,5 —: 1,5; при тсРнстн"а насоса этом можно получить С„„= = 2000 —: 2200; б) вывести входные кромки лопаток на возможно меньший диаметр для уменьшения и„что часто приводит к необходимости применять лопатки двоякой кривизны. Это дает возможность иметь С, =- 1600 —: 1800. Однако если это не дает желаемого результата, то применяют колеса с двусторонним входом или на входе в насос устанавливают различного рода антикавитационные устройства, например эжектор или шнек, которые создают необходимый для бескавитацнонной работы подпор. Ориентировочно можно считать, что установка шнека на входе обычного центробежного колеса дает возможность получить С„„= 2200 —: 2500. Применение при этом центробежного колеса с расширенным входом увеличивает С„,„до 3000 — 4000, а при взаимном подборе геометрии колеса и шнека доводит С„„до 5000.
Применение шнека с меньшим числом оборотов по сравнению с центробежным колесом дает возможность довести С„„до 5500, а использование, кроме этого, еще эжектора — до Са„= 6000 —; 7000. Обычно Х„„центробежного насоса (14.74) определяют опытным путем или рассчитывают по различным эмпирическим формулам. Кавитационные свойства осевого насоса.
Осевой насос обладает высокими антикавитационными качествами. Это связано с малой нагрузкой на лопатку из-за незначительной напорности осевого колеса, Кроме того, осевой насос не теряет работоспособности в условиях наступления местной кавитации на входе, так как при дальнейшем движении жидкости вдоль колеса давление возрастает и кавитация затухает. И только при значительном уменьшении подпора иа входе в насос кавитация распространяется на всю длину колеса и происходит срыв работы насоса.
Поэтому лопатки колеса осевого насоса должны иметь достаточную длину, Относительную длину лопатки колеса характеризуют величина Ь,,,р и густота решетки т . Так, например, для получения хороших антикавитационных свойств густота решетки шнека должна быть не меньше 1,8, а относительная длина б,,ор = бк.ор//1 ар и 2,3.
Оптимальная густота решетки т,р, — — 1 + 6,5з)пЛРк.р — бр/!р. Существенное влияние на улучшейие кавитационного качества шнека оказывает заострение входных кромок лопаток и большая длина их заостренной части 1,. Рекомендуется на О ор шнека иметь 2 1аор ~ 0,4 —: 0,5 0ор Усгановка бандажа на наружный диаметр шнека ухудшает его анти- кавитационные свойства. Осевое расстояние между шнеком и лопагками центробежного колеса необходимо иметь возможно меньшим, размещая часть шнека даже во входную Р"о' !4'23' Схема.уоуакоккн к" ПОЛОСТЬ цЕНтрОбсжиОГО КОЛЕСа.
ХО- нука: ! — шнек у — конус а — кенкробемное Рошие результаты получаются также при установке между шнеком н центробежным колесом неподвижного конуса с отверстиями (рис. 14.29) н О... = )I (0,6: 0,7) (/7'„.,('„.) .+ ~'„.. Способность шнеков устойчиво работать в условиях значительной местной кавитации используется в шнекоцентробежных насосах, где обеспечивается бескавитационная работа центробежного колеса при наступлении 1, 2 и даже 3-го(или близкого к нему) критических режимов кавитации на входе в шнек. Обычно у шнеков Л, = 0,004 —: — 0,045; у хорошо спрофилированных шнеков коэффйциент Хенн может достигнуть величины 0,02; Х„„шнеков, работающих при бескавитационном или критических режимах, определяют экспериментальным путем или рассчитывают по различным эмпирическим уравнениям в зависимости от кавитационного режима работы.
Элементы теорпя подобия в насосах. Используя (14.20) и (14.21), через частоту вращения определим и/и = 0м/(0м мм) = Лм!о4м где и„— окружная скорость модельного насоса. Производительность насоса где с — скорость потока; à — площадь сечения, пропорциональная квадрату линейного размера (Г = /к). Отношение расходов о )ур,б / )Ур,б „= сГ/(с Г ) = с!к/ (см!„) = и! /(им!,, ) = Лкм' о.„м НО )у = )ур,бчоб, СЛЕдОВатЕЛЬНО, 332 /1 и Л (и/мм) (боб/о!об,к4)" (14.78) Из (14.38), ~следует, что Н, = из~, тогда Н,/Н, „= 44',/и',„= = Лк(4б/4о„)к, йо так как Н = Нкуь, то Н/Нм = Ла(и!им)к( ~о/~н.м).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
