Овсянников Б.В., Боровский Б.И. - Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей (1049253), страница 38
Текст из файла (страница 38)
° у дравлическае торлюжение. Тогда, имея в виду отсутствие потерь на дисковое трение и пренебрегая расходными потерями, получим, что для рассматриваемого режилга полный КПД шнека равен гидравлическому (т!ш мах =' т)гтаа) Зная, что бчш мах = О,б, найдем Прн Рн О затрата энергии на теченве жидкости через колесо определяется т затратой энергии ва трение жидкости (обтекание пластин с нулевым утлом атаки). Потери эиергвн на трение, см. формулу (2.183), найдем по формуле (3.120) 11г где Ьл, ер — длива лопатки на среднеи диаметре; 4йаа,р 2(ал + аср) ихуср г (берга!и ()л, ср) аср= ьй! Ь.
ср г (3. 121) — ширина межлопаточного канала на среднем диаметре. Огносительная скорость в межлопаточном канале колеса при (ггг О т ~~н,=О((йаасрг)' КоэФФициент сопротивления ь принимаем в пределах 0,01! " 0,016. Тогда для указанного режима получим НН =О ~нот' 11ри Рч „, „с помощью формулы (3.116) получим выражение для напора Нчшщх = 0 4чш шахам 3.3. КАВИТАЦИЯ В НАСОСАХ 3.3.1. Основные понятия Кавитация — это процесс нарушения сплошности потока жидкости в зоне пониженного давления, заключающийся в образовании полостей, наполненных паром и выделившимся из жидкости газом.
В области пониженных давлений возникают растягивающне напряжения, которые приводят к разрыву жидкости; образуются полости — кавитационные каверны, которые заполняются парами жидкости и выделяющимся из жидкости растворенным в ней газом. [!опадая в область высоких давлений, каверны (паровыс пузырьки) «захлопываются», так как пар конденсируется. Захлопыванне каверн вызывает местный гидравлический удар, по некоторым теориям — кумулятивный, который может привести к разрушению (кавитационная эрозия) стенок каналов. 185 При Ко = 6 ...
8 значение Пш =- ах — — 0,55 ... 0,40. С уменьшением Коз значение т)ш шхх возРастает. Нанесем в координатах Н, У значения напоров при 1'и. О и (см. Чш мах рис. 3.49). Соединив полученные точки плавной линней, получим действительную напорную характеристику шнекового насоса и определим расход рн О, при котором напор равен нулю. Для построения КПД-характеристики т)ш †.- )()г) используют обобщенную зависимостгь приведенную на рис. 3.49 (см, стрелки). н,й Рис.
3.80. Срывная кавитационная характе- ристика, типинпая Пня шнекоцентробежных насосов, при ор.= сопв1 и н~ Возникновение и развитие кавитации в жидкости связано с наличием так называемых ядер кавитации. Физически чистая и одно. родная жидкость воспринимает значительные растягивающие наРс Рбяа Ркр Ркаа Рад пряжепия. В технических жидкостях всегда имеются ядра кавитации и под воздействием растягивающих напряжений возникают кавитационные явления. Ядра кавитации являются теми слабыми точками, в которых нарушается прочность жидкости и возникают кавитационные явления. Согласно наиболее вероятной гипотезе др ю рд бд чения в том числе в порах и трещинах микрочастиц, взвешенных в жидкости. На развитие кавитации в жидкостях влияет также количество свободных газов и растворенных, выделяющихся в областях пониженного давления.
Газ уменьшает прочность жидкости (газовая кавитация). Прн лалични двухфазной среды сильно падает скорость звука и кризисы, имеющие место при кавитационных течениях (ограничение расхода), могут являться кризисами звуковых течений. Кроме того, на степень развития кавитации могут влиять термодинамические свойства жидкостей (см.
разд. 3.3.5.2). Кавитация приводит к трем основным отрицательным последствиям для гидравлических машин: а) к срыву режима работы машины, т. е. к резкому снижению основных выходных параметров — Н, )У (рис. 3.50) и т1и; б) к зрозионному разрушению рабочего колеса машины — обычно при длительной работе на кавитационном режиме (21; в) к возможности неустойчивой работы (низкочастотные авто- колебания давления) (10). В насосах кавитация возникает при давлении перед входом в насос, существенно превышающем давление парообразования при данной температуре жидкости Р„.
Это означает, что область минимального давления располагается внутри проточной части насоса. Падение давления внутри (по сравнению с входным давлением), прежде всего, связано с обтеканием лопаток. При обтекании лопаток, как н при обтекании любого профиля, образуется область пониженного давления. Г1рн положительных углах атаки, обычных для насосов, область пониженного давления возникает с нерабочей стороны входной части лопаток (на рис. 3.51 и 3.52 отмечена знаком «мннус»).
В центробежном колесе область минимального давления определяется не только распределением давления в результате обтекания лопатки, но и давлением, возникающим от действия кориолисовых и центробежных сил инерции. 186 Рпи'л а д) Рис. 3.51. Области минимальных давлений на лопатках осевого колеса: о — мернднональное сечение колеса; б — решетка лопаток Решетка колеса, у которой напор падает при меньшем входном давлении, обладает лучшими антикавитационными свойствами. Чем больше разрежение ва спинке лопатки, тем при большем давлении р, наступает падение напора. Поэтому следует избегать больших углов атаки, большой нагрузки на лопатку (большой разницы давлений на лопатке), малой густоты решетки, т.
е. всего того, что может привести к большому разрежению на лопатке. Чем большую скорость имеет поток, обтекающий лопатку, тем больше будет разрежение на лопатке. Исходя из этого иболее от ал от оси вра- ения точка вхо ой к омки лопатки мо снтром зарожден ви ка на рис. 3.51 и 3.52). ~„Отметим, что в центробежном колесе начавшаяся кавитация в области входа на лопатки будет быстро развиваться вследствие того, что движение к перифсрин по инерции жидкости, более плотной, чем парогазовые каверны, увеличивает разрежение. Йааежаоьаалоаеы.
шалтаеш ..мт ° * а г т а е г иь " ' ° ° чшмаа ыаатацнсби1цд ~арлкхар~ыхдкай. Такие характеристики снимаются на специальных лабораторных стендах. Рбх Рпгг Рис. 3.52. Области минимальных давлений на лопатках центробежного 1колеса: о — мерндиональпое сечение колеса; б — кругоаан решетка лопаток 187 На рис. 3.50 представлена срывпая кавитационная характеристика, типичная для шнекоцентробежных насосов ЖРД. При давлении па входе р„„,в насосе возникает кавитация.
Однако уменыпение давления от р„,„до р„п, несмотря иа развитие кавитации, не приводит к изменению напора и КПД насоса, но при этом могут наблкдаться эрозионные и колебатсльные явления. Г!ри давлении р„„ напор начинает снижаться (одновременно с напором снижается К! 1Д). Будем называть этот режим критическим. !1ри давлении па входе р„,„ напор резко падает. Резко снижаются также КПД и расход, который уже не удается поддержать постоянным. Этот режим будем называть срывным кавитационным. Для насосов ЖРД важно избежать кавитационного срыва (п„р > ) р,„> р„р,). Ввиду сравнительно кратковременной работы этих насосов для них допускается (без опасения значительной кавитациоиной эрозии) режим уже начавшейся кавитации, но без существенного изменения параметров.
Обычно для эрозионного разрушения рабочих органов насосов при кавитационных режимах требуется значительное время. При расчете и эксплуатации насосов ЖРД важно знать минимальное давление на входе в насос рс, „, при котором еще обеспечи-срывными вается бессрывная работа насоса. Таким образом, на характеристике обычно можно выделить два режима: 1 — режим начала изменения выходных параметров насоса (или критический режим) и П вЂ” режим срыва (или срывной режим) е.
Критический режим иногда совпадает со срывным режимом. Срыв режима насоса вызывается наличием сильно развившейся кавитационной зоны и примыкающей к ней зоны отрыва, которая распространяется по длине и ширине межлопаточного канала вплоть до выхода из колеса, что приводит к уменьшению площади проходного сечения и к резкому снижению напора пасоса и расхода через него. желательно, чтобы изменение напора между критическими и срывными режимами (см.
рис. 3.50) было минимальным, так как область между р„„ и р,р, является рабочей. Иногда режим срыва насоса на характеристике Н = у"(р,„) не проявляется четко, а напор (расход и КПД) достаточно плавно снижается при уменьшении давления. Такие срывные кавитационные характеристики наблюдаются иногда при испытаниях шнековых насосов, а у центробежных и шнекоцентробежных насосов опи имеют место при В,10е > 0,5. При Р,'Ве > 0,5 условия на входе могут оказать влияние на выходные параметры. В этом случае за давление срыва условно принимается такое давление, которое соответствует установленному падению напора, завксящему от требований, предъявляемых к двигательной установке. Обычно для основного насоса ЛН = 2 . 3 еУе от Н„,„, для бустерного насоса допускается ЛН до 10 % от Нна„. * В некоторой литературе критический режим называют первым критиче. ским режимом, а срывной — вторым критическим режимом, 188 Для осевых и шпекоцентробежных насосов можно выделить еще режим при давлении р„несколько меньшем срывного, Ш вЂ” суперкавитационный режим.
Многие насосы могут достаточно устойчиво работать при резко уменьшающихся значениях напора и расхода, когда давление на входе несколько меньше срывного, т. е. на срывной (левой) ветви характеристики (см. рис. 3.50). Этот режим характеризуется тем, что кавитационная каверна, имея длину, превышающую длину лопатки, отрывается от лопаток. Теоретической схемой такого режима является отрывное кавитационное обтекание лопаток (суперкавитационное обтекание). В дальнейшем будем различать четыре режима насоса по давлению на входе: а) режим дя„— начало кавитации (Лр„,„= р„,„— р„ где дя — давление насыщенных паров — скрытая кавитация); б) режим р„р, при котором заметен излом линии Н = 1 (р,„),— критический режим (Лр„-- р„.р — дя); в) режим р„г„при котором наблюдается срыв режима, — срывиой режим (Лдсан = дсрв рп)~ г) суперкавитациопный режим р, (Лр, — — р, — р„).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
