Боровский Овсянников Чебаевский Шапиро Лопастные насосы_150dpi (1047810), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Отсюда, в частности, можно сделать важный вывод о нецелесообразности подкручивания потока с помощью неподвижного направляющего аппарата на входе в осевое колесо. Из выражения (3.30) следует, что коэффициент кавитации 77 с учетом закрутки будет равен Хм О 1"оР 3.2.3. Влияние толщины входных кромок лопаток Выше было получено теоретическое выражение для срывного подпора шнека в случае бесконечна тонких лопаток. В действительности лопатки имеют конечную толщину 6„„ причем основное влияние на кавитационные характеристики шнека оказывают размеры и форма входной кромки При изготовлении шнека на токарных и фрезерных станках форма входных кромок схематически имеет внд, показанный на рис. 3,17, а.
Ребра, образованные пересечением напорной и тыльной сторонами с входной кромкой лопатки. имеют некоторый радиус закругления порядка сотых долей миллиметра. Прп ктолстой» входной кромке образование каверны происходит не в точке начала напорной поверхности лопатки, как было принято ранее (см. рнс. 3.17, б), а в точке пересечения входной кромки с тыльной стороной лопатки (см. рнс, 3.17,в). Это приводит к увеличению высоты каверны, вызывающей ухудшение кавитационных характеристик шнека, Согласно теоретическим расчетам существует предельная толщина входной кромки, при которой оиа не оказывает воздействия на траекторию свободной линни тока.
Это тот случай, когда тело лопатки целиком расположено внутри каверны. Предельная толщина кромки для применяемых шнеков составляет величину порядка нескольких сотых долей миллиметра. Поскольку фактические размеры кромки превосходят зту величину, то следует ожидать, что геометрия входной кромки в большей или меньшей степени должна оказывать влияние на срывной подпор шнека. Для определения этого влияния рассмотрим кавитапиоиное обтекание жидкостью плоской решетки толстых прямых пластин.
При этом для упрощения выкладок влиянием вязкости жидкости пренебрегаем. Анализ соответствующих уравнений показал, что влияние толщины входной кромки и вязкости жидко- .г, 4» г и д) а> Рос. 3.!7 Каантацноннос оюеканнс решенно е»олстык» ннастнн: / — мккк»сев; 2 — к»верка (3.35) Проекция силы Рз на направление лопаток есть искомая сила Р: Е = раз!яра (3.36) Используя равенство (3.35) и (3.36), можем пап»»сань 1 зива , Ь) ) (р р)( ян ра о Правая часть последнего равенства имеет вид питегрн.»н давленая по обеим поверхностям бесконечно тонкой плнг»нны.
сти можно рассматривать независимо, суммируя полученные результаты поправок, Метод решения задачи аналогичен использованному в предыдущем разделе. Пренебрегая вязкостью жидкости, примем равными нулю потери энергии О=О в уравнении Бернулли (3ПО) и силу трения ас„,=О в уравнении количества движения (З.П). Введем теперь новую силу р, действующую иа поток со стороны входной кромки в проекции на направление лопаток (см. рис.
3,)7, в), Тогда уравнение количеств движения будет иметь следующий вид: (р, — рк) ез)п()а — (р — р, Ь) = рггв»з»п())а — () (и»к квасов»). (3.34) Произведем оценку велячины (Р— ркЬ) в уравнении (3.34). Полная сила Рз, действук>шая иа поток со стороны кромки, нормальна к ее поверхности (см. рис. 338,а) и равна юмв а рв = )' рс(х'. 'о обтекаемой потоком жидкости со срывом струй. Используя это обстоятельство, будем формально рассматривать входную кромку как отдельную пластину (см. рис. 3.18). Рассматриваемый интеграл есть полная сила, действукццая на такую пластину, Рис 3.!8. Схема сил, деаствук!и!их оо стороиы иходиоа кромки лопатки иа поток жидкости Проекция этой силы на направление скорости невозмущенного потока есть сила лобового сопротивления пластины о(ли! ал г"„= 5)п $5 — !) ( (р — рд)т!х', о которая известна из решения методами теории струй идеальной жидкости р Р ! 8 (3,37) 2 5!П Рл 2П лип! (Рл — !) (3.38) '! + 5! 5(П (Рл !) Используя полученные зависимости, будем иметь !тл ри!! б Р— р 8=5)п() " =с„— 5!и (йл — !) '" 2 Мп (Рл — !) Подставляя последнее значение (К вЂ” р!8) в уравнение (3.34) и решая его совместно с уравнением Бернулли, получим Р =- — = 45! 5(В (Р, — !) — ~у 5М'(6л — !) — 5!и 6л ~ 5(п (Рл — 2!) — — р /.
л' 1у 5!П ())л !) с с! Мп (()л — 2!)— 5!и [р„— 5! (3,39) — 6 где б= —. (68 Коэффициент кавитации имеет вид 1 2.«! - — — 1, дз !ЗАО) величина поправки— ! ! дз дг ' а (3,41) Таблица 8.8 № по пор. Обозначения " «ни мм« Л„!!л. ло № рнс. 58 0,01! 0,70 !4'30 0,20 3,20, л !ии где Хг и 1то — соответствующие величины для бесконечко тонкой кромки 6=0. Рассчитанные по полученным формулам зависимости коэффициента кавитации Хп от коэффициента расхода с, = — '* н относительной толщины входной кромки б для разных установочных углов пластин в решетке представлены на рнс.
3.19. Из графиков следует, что влияние конечной толщины входной кромки в зпач««тслшвй степени зависит от режима с«. в области малых с, оно существенно меньше, чем в области больших, т. е. ЛХ растет с уменьшенном угла атаки. Видно также, что для малых установочных углов относительное влияние б значительнее по сравнению с большими углами. Имея в виду, что минимальная толщина входных кромок лопаток шнеков имеет величину 0,1 — 0,2 мм (при.1л,ржЗО мм; а=2), то б„о,= =О,ООЗ. Из графиков видно, что при Ь=О,ООЗ в области небольших с, антнкавнтационные свойства шнеков не должны значи«ельно отличаться от теоретических данных, соответствующих бесконечно тонким лопаткам.
рассмотрим экспериментальные данные, полученные на шнекоцеитробежныд насосах со следующими геометрическими параметрами (см. табл. 3.3). дрг Рис ЗЛ9. Теоретические зависи. ности коаффнниента кавитании решетки властии Хп от режима с, и отиосителыгой толаиин входной кромки 6 и ас аг ая аа ал адб в Входные кромки попа~он шнеков зтих насосов по форме были близки к закругленным. На рис. 3.20 даны теоретические кривые и опытные точки, приведенные к среднему диаметру 170 шнека Вор — — л5 '+" ' Эти данные показывают совпадение ер о теоретических и опытных зависимостей за исключением двух режимов прн больших значениях сыр (см. рнс, 3.20, б и а). Эти О й5 й7 бкр О й5 й7йки Р О5 Р) д) д) Рис. 3.20, Сравнение теории (кривые) с аксиериментом (точки) 5Обслнееенкл си.
н табл. 3.3) отклонения вызваны преждевременным срывом центробежного колеса из-за недостаточного напора шнека, Для оценочных расчетов формулы (3.39), (3.41) можно упростить, н пренебрегая членамн, имеющими малое влияние, воспользоваться следующим приближенным выражением. обеспечивающим небольшую погрешность прн угле бл- 30' в диапазоне 5)5=0 —:0„63 ЛЛ =-) и — Лоси),30 — ' (3.42) ! — Ре С учетом последнего выражения срывной подпор шнека яри конечной толщине входной кромки лопатки будет иметь вид Лйц ЬЬ р (1 + Лб) (3.43) (3,44) Р к!~и~с Ил,ср 1 — 555 Как следует нз формулы (3.44), поправка ия конечную толщину входной кромки лопатки пропорциональна толщине и в сильной степени зависит от режима 5), и угля рл; при 5)5- 0 эта поправка становится малой независимо от величины бор, Поправка Ьб при 3=0,001, рассчитипиаи пб' формуле (3.44) в с(е, приведена в табл. 3.4, Поскольку антикавитационныс свойства правильно спроси!и.
рованного шнеко-центробежного насоса определяются шш ком, !У! ~сок ом й57 й5О а~и йоо Рос ййг лг5,О йо7 ООО РРО ййо О,ОЗ йо7 РР5 Лгвк ОО7 йоо ЙГО йоз йог йо5 Таблица а,4 Цл ае 4б Рнс, Х2П Предальний кеннтакноннмд коеффнноент =36,ЬКо, о~ х зм быстроходности Сии - ~и„л„о, н на влияние утечки нз уплотнений леса А =$ т'и где оса~и, и ~",.и определяются по Фориулам н (3.75) соотнсгственно. центробежного ко- (см.
равд. 1.1) и то срывные кавитационные режимы таких насосов можно описать следующим уравнением: с, Лйп = — '.— (1+3 + Ье+Ь„„, +Л~,), (3.45) Ч1 где Ь вЂ” поправки на трение (3.28), конечную толщину входной кромки лопаток шнека (3.44), входное устройство Аноде= Используя выражение (3.45), можно найти кавитационный коэффициеят быстроходности для срывиого режима шнека Зависимость (3.46) представлена графически на рис. 3.21 при йр йб =Апохв=бух=0. Одно из условий реализации зависимости (ЗА6) заключается в том, что угол заострения (клпиовидность) входного участка профиля лопатки шнека должен быть меньше угла атаки. Результаты расчетов по формуле (3,45) сравнивались с экспериментальными характеристиками различных шнеко-центробежных насосов, удовлетворяющих требованиям, рассмотренных ниже.
При этом каждый типоразмер насоса был изготовлен и испытан в нескольких экземплярах. Диапазоны изменения основных параметров этих насосов были следующими: 24,32 ф' 1 — Лт Кп = =5,4-:-8,3; 4,=0,18 —:0,72; пщ рупер угол установки лопаток на периферии ()„,„,р — 9' +- 21'! д„= 0,24 -'- 0,43. Сравнение показало, что отличие между теоретическими и эк- сперпмсптальпыми характеристиками невелико.
ЗЗ. РЕЗУЛЬТАТЫ ОПЫТНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ РАЗВИТИЯ КАВИТА11ИИ В ШНЕКОВЫХ КОЛЕСАХ Рассмотрим развитие кавптацни в шнековых колесах на основании наблюдений, проведенных Ю. Н. Васильевым и С. Н. Курочкиным. Объектом исследования является шнекоцентробежный насос (п,, 260) с прозрачной вставкой в зоне шнека ((уь,=65 мм), а'„=18 мм, а=2, 1. =45 мм, т=1,42, ()„рмр=16'). Наблюдения проводилнсь визуально в затемненном боксе при стробоскопическом освещении прозрачного участка. Наружный контур прозрачного участка был выполнен в виде квадрата. Исследовались два режима: соответствующий максимуму к. п. д.
(с~ „р=0,19, 41=0,65) и меньший по расходу (с~ „р=0,093, 4,=0,32), На рис. 3.22 представлены шесть исследованных вариантов входного участка лопасти шнека. З.ЗЛ. Возникновение кавитацин При стробоскопическом освещении и наблюдении невооруженным глазом момент возникновения кавитации в шнеке можно определить по отдельным вспышкам белого цвета, возникаю- 173 шнм вблпзн входной кромка периферии лопасти на ее тыльной стороне. Плошадь, на которой возникают зтн вспышки, достаточно мала (сл1.
Рнс, 3.22, точка А). Можно предположить, что местом возникновения первых кавнтацнонных полостей являются пентральные части мнкровнхрей, образуюшнхся в зоне а Р С! я Рис. 3.2кт Возникновение !а) н развитие !д) каннглш!н н шнеконых колесах с Различной фоРмой втолного участка лопастей; !' колес Ш! вводная кромка рясно»омена по радпусу шнека. У колес Ш2 — яро«кя стре. » анл!ная по сппралн Древ«еда. нор«п в цнлнндрпческо« сечепкн у варнаптоа Ш1-1 к 1П2-! прямоугольная с острымк кромка«я, у Ш1 — 2 к Ш2 — 2 — скругяекяая. у Ш1 — 3 н 1И2-3. — ьаостреккая с тыльное сторонм лопасти на мине пе менее иятн толкая. За »ч»ло отсчета азата точка.
раскотогкепяая в месте пересечепня вкадяоа промкв с на! ° «НЫЧ ДпаМЕтРОН. НабЛЮД*ппл ЯРОВОДНДЯСь ПРН Ю еле, ЕСО Я 1260 1/С. В КаЧЕ»тас рабочев жндкостп нспотьзаевдесь Вакангювопяак вода о1РЫВа ПОГраННЧНОГО СЛОЯ. На дрОССЕЛЬНОМ рЕжИМЕ рабОтЫ Наг гн (!т!пер — — 0,093) наблюдения начальной кавнтацнн затруднено нз-зн обратных токов, которые периодически «сдувают» об- Р;шу! шпсся пузырьки навстречу основному потоку.
Зарождение нннптапнн всегда пронсходпло на одной нз двух лопастей. 2) табл. лтб ПРНВЕдЕНЫ раССтОяНИя ВДОЛЬ ВХОдНОй КРОМКИ От Наружшн лпнметра до места зарождения пузырьков (в мм). Указанш.н и .1Лблнце интервалы — протяженность слившихся на входной кром! отдельных пузырьков. У колес Ш2 одновременно с и!шн»м и1н м первых пузырьков появляется внднмый внх- Таблица З.б Ш2.1 Ш2-2 Ш2-3 Режим ШЬП Ш1.2 Ш1-З с~пер=о, 19 о — з о — з о — з 7 — 8 ! 6 †( 6 — ь ( б — т ,„„=о,озз З вЂ” 1О 7 — 8 178 ревой шнур. Возникает ои в месте пересечения входной кромки с наружным диаметром, Вихревой шнур наблюдался и у колеса Ш1-3, но при несколько меньшем давлении, чем при появлении первых пузырьков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
