Овсянников Б.В., Боровский Б.И. - Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей (1049253), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Максимум статического напора имеет место прн р„ = 0,5 н угле лопаток 90' (для компрессорной машины на выходе, для турбины на входе). При отрицательных степенях реактивности с увеличением угла р до значений, больших 180 — агс1д с !и, коэффициент теоретического напора (окружной работы) лопаточной машины будет увеличиваться, но прн этом в каналах рабочего колеса компрессора (насоса) давление будет падать, а в каналах турбины — возрастать, что нежелательно. 5.
При степенях реактивности больше единицы лопаточные машины не могут выполнять те функции, для которых они предназпа- 72 сс ,б =Лй2'-агсту-. «у Рис 2.42. Треугольники скоростей и профили лопаток пентростремительной турбины (сии == О): и — с си =2,р=-о б— ти с /и = 1, р = О б; ив хи т ' и с,„~и,= о,р„= с гси гав ст ис с,„ дс=агсту— и, чены: компрессор будет работать в режиме турбины, т. е.
выдавать мощность за счет уменьшения энергии жидкости, а турбина будет работать в режиме компрессора, т. е. повышать энергию жидкости за счет внешней механической энергии. Кривизна профиля лопаток увеличивается с уменьшением степени реактивности (см. рис. 2.38 и 2.39). На рис. 2.41 и 2.42 приведены треугольники скоростей для колес радиальных лопаточных машин — соответственно для центробежного насоса и центростремительной турбины — для разных степеней реактивности (ри = 0; 0,5 и 1). На этих же рисунках нанесены схематические изображения профилей лопаток радиальных лопаточных машин. По этим изображениям можно судить о профиле лопатки для любого значения степени реактивности. Видно, что для насоса при р, ( 0,5 лопатка отогнута по направлению вращения, а при ои > 0,5 -- против направления вращения (для турбины — — наоборот).
Пунктиром на рисунках изображены схематические профили и треугольники скоростей для 1 > р„> 1!2 (О, >0). 73 Все сказанное справедливо при условии, что сы = 0 для насоса и с,„= 0 для турбины. Если для насоса с,„~ 0 и соответственно для турбины с,„~ О, то соотношения напоров и степеней реактивности будут иными. На рис. 2.40 пунктиром нанесены линии Й и Е,„для случаев закрутки против направления вращения и закрутки по направлению вращения (на входе для насоса и на выходе для турбины). Закрутка против направления вращения (с,„(0 для насоса и с,„< 0 для турбины) увеличивает энергию, переданную жидкости или отобранную у нее. Закрутка по направлению вращения уменьшает работу лопаточной машины (см. рис.
2.40). Линии, соответствующие коэффициентам теоретического напора (окружной работы), смещаются на величину и,с,„или соответственно на величину йзсз„. Здесь й, = и„!из и й, = и,7и,. Путем «подкрутки» в сторону, обратную направлению вращения, можно получить напор от насоса при степени реактивности р„= 1 и даже прн о„> 1. По значению относительной закрутки с„или связанной с ней степени реактивности, учитывая характер кривых, приведенных на рис.
2.40, можно выбрать тип лопаточной машины в зависимости от ее назначения и оценить ее свойства в наиболее общем виде. Так, если требуется лопаточная машина с большим значением коэффициента окружной работы, с большой удельной работой (мощностью, приходящейся на единицу расхода рабочего тела) прн ограниченном значении и„то следует применять лопаточную машину с большой относительной закруткой с„, т.
е. активную лопаточную машину. Высокий КПД в такой машине получить трудно, так как скорости протекания рабочего тела в ней (при заданной окружной скорости) будут высокими. И, наоборот, высокого значения КПД следует ожидать от машины с малой относительной закруткой, но работа ступени при этом будет невелика, поэтому такие машины чаще всего выполняют многоступенчатыми. При рассмотрении кривых, приведенных на рис. 2.40, можно сделать и другие заключения. Если, например, на выходе из компрессора требуется только кинетическая энергия потока (например, у вентилятора), то целесообразно применять лопаточные мшпины малой реактивности.
Если же на выходе требуется в основном потенциальная энергия (высокие давления и малые скорости), то следует предпочесть реактивные лопаточные машины (насосы для жидкости). При выборе типа лопаточной машины исходят из большого числа конструктивных, экономических и эксплуатационных требований. Здесь были упомянуты лишь примеры общего подхода к выбору типа лопаточной машины, исходя из ее свойств, выраженных в общем виде. Часта решающую роль играют соображения прочности. Для радиальных машин по условиям прочности часто оказывается целесообразным применять колесо с радиальными лопатками (насосы для перекачки жидкого водорода, компрессоры наддува, центростре- 74 мительные турбины), в которых ()„для турбины и Рв для насосов равны 90'.
В дальнейшем, когда мы будем разбирать требования к насосам и турбинам Я(РД, остановимся более подробно на выборе их параметров, связанных с коэффнпиентом теоретического напора (окружной работы) или со степенью реактивности. 2.9. ТЕЧЕНИЕ В ПЛОСКИХ ЛОПАТОЧНЫХ РЕШЕТКАХ 2.9.1. Конфузорные и диффузорные прямые решетки На рис. 2.43 изображены расчетное распределение давления и пограничные слои для турбинной конфузорной и насосной диффузорной решеток, составленных нз «бесконечно тонкихв профилей лопаток с одинаковыми относительным шагом и углом установки Х при безударном обтекании. В турбинной решетке на обеих сторонах почти по всему обводу происходит понижение давления.
В насосной решетке почти по всей лопатке наблюдается повышение давления. Горизонтальные линии, пересекающие кривые изменения давления на спинке и корыте лопаток характеризуют перепад давлений, а вся заштрихованная эпюра — окружную силу, действующую на лопатку. В турбинной решетке при понижении давления толщина пограничного слоя остается малой вдоль всей ширины лопатки и отрыва не возникает. В насосной решетке толщина пограничного слоя вследствие повышения давления по течению быстро возрастает и на обеих сторонах лопатки происходит отрыв пограничного слоя. Это приводит к сужению эффективного сечения межлопаточного канала и повышению потерь. (Р-Рг)/(Рг-Рг) гу и дур рл н~г/в г= айаг рагин ггагдалич аю а) Рг Р Лз гл гл(Р-Рг)/(Рг-Рг) Ггаалглв глв гага г/ =длд Рг Рг Ю) Рис.
2.43. Распределение давления и пограничный слой на лопатках турбинной прн Рг) Ра (а) и насосной прн рв) рд (б) решеток (ргл для турбины и рыч для насоса равны 60"; ргл для турбины и ргл для насоса равны 35') 2.9.2. Отклоняющие свойства лопаточных решеток Направление потока на выходе из решетки, как правило, не совпадает с направлением, задаваемым выходной частью профиля. Во всех решетках, прямых и круговых, как неподвижных, так и вращающихся, выходные части профиля не доворачивают поток, так как на выходе из решетки перепад давлений с обеих сторон лопатки равен нулю. В капельных жидкостях (и при дозвуковых скоростях в газах) на выходе из рентетки не может существовать разное давление без опоры — лопатки, стенки и т.
п. (течение газов со сверхзвуковыми скоростями на выходе из решеток имеет особый характер и будет рассмотрено в равд. 4). Выравнивание давлений идет на каком-то участке (рис. 2.44), где схематично изображены эпюры перепада давлений Лр на лопатке. Поворот потока связан с кривизной профиля (или наличием угла атаки при входе) и осуществляется силами давления, обусловленными центробежными силами инерции. Поскольку силы давления с вогнутой стороны профиля на выходном участке снижаются и уже ,ага >ттгл тутл<Ас а) Рис.
2.44. Схема отклонения потока в неподвижных круговых (а) и прямых рентетках (б) 76 не соответствуют кривизне профиля, это означает, что угол выхода потока будет меньше, чем выходной угол лопатки ((), ((), ) при увеличивающихся по направлению течения углах средней линии профиля В и соответственно больше ((), > р,п) при уменьшающихся углах средней линии профиля С. Таким образом, в обоих случаях направление потока не будет совпадать с направлением касательной к средней линии выходной части профиля (угол отставания б =- == (),„ — Ц ~ О, см. рис.
2.44). Чем больше число лопаток, больше густота решетки, тем это явление будет сказываться меньше. В пределе при бесконечно большом числе лопаток поток будет принимать направление, заданное лопаткой вплоть до самого выхода. Реальная решетка с конечной густотой ведет себя как решетка с меныпим изгибом профилей. Если ~,„= (5,„(плоская прямая решетка, имеющая профиль со средней линией А, составленной из отрезков прямых), то отставания потока не будет. По существу, отклонение направления потока от направления, задаваемого выходной частью лопаток, — это проявление инерции жидкости, стремление ее сохранить первоначальное направление. Неодинаковая толщина пограничного слоя у вогнутой и выпуклой поверхностей лопатки также приводит к отклонению потока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
