Овсянников Б.В., Боровский Б.И. - Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей (1049253), страница 39
Текст из файла (страница 39)
[1о давлению на входе срывной и суперкавитационный режимы практически совпадают. Кавитация может иметь различные формы. Различают три формы паровой кавитации: пузырьковая,' вихревая, присоединенная (пленочная, струйная). 1(узырьковая кавитация возникает при обтекании профилей с плавными обводами. Ядра кавитации (газовые включения), находящиеся всегда в технических жидкостях, попадая в область пониженного давления на профиле, начинают быстро увеличиваться в объеме. Внутрь объема происходит испарение жидкости.
Возникшие парогазовые пузырьки сносятся потоком к выходной кромке пера лопатки и «захлопываются» в области повышенного давления жидкости. Вихревая кавитация возникает в вихрях жидкости, например, в зоне обратных токов, в концевых вихрях, образующихся на периферии лопатки (в радиальном зазоре между шнеком и корпусом). !1рисоединенпая кавитация наблюдается при образовании паровой полости, связанной с лопаткой. Для этой формы кавитации характерно наличие четкой границы раздела фаз: пара и жидкости.
В осевых и центробежных насосах могут присутствовать все три формы кавитации. В шнеко~ ент обе н х н х применяются 'заостренные лопатки, поэтому при работе на жидкости без свободны~.яВяммю ц к а цнхацмл. 11ри перекачке жидкости с нерастворенными газами важную роль играет также гддцвая кавитация, связанная с увеличением объема газа в жидкости в области йониженных давлений.
3.3.2. Кавитация в шнеке Установка пшека перед центробежным колесом щаЧы: яйлою хылзжт 2 уменьшая давление на входе в насос, при котором происходит резкое падение 189 Пджгкг 1ОΠ— т 1ОгДгк с%а 11О иш, Джта 2б гг ба О 2 П б б 1О пгл Прела 7О О Ч б 11 Пт га Пг„гб', Мае Рис. 3.33. Срывиые кавитационные характеристики: — — центробежного насоса; — — — — тога же насоса со шнекам (шне«оцентробежного насоса) Рис. 3.34. Срывные кавитационные ха- рактеристики. 1 — шнекоцсатробежного насоса; 1— шнека напора (рис.
3.53). Это и определило широкое применение шнеков в шнекоцентробежных насосах. Антикавитационные качества правильно рассчитанного шнекоцентробежного насоса определяются антикавитационными качествами шнека. На рис. 3.54 для примера приведены срывные кавитационные характеристики, полученные при испытании шнекоцентробежного насоса па воде (напор шнека определялся измерением давления на корпусе между шнеком и центробежным колесом).
На рис. 3.55, а, б, в приведены фотографии кавитационных зон в шнеке, которые соответствуют точкам а, б, в на кривых рис. 3.54. Фотографии получены во время эксперимента (шнек имел прозрачный корпус). Кавитационная каверна зарождаегся на периферии шнека, на нерабочей стороне лопасти, и вплоть до срыва имеет заметные границы. Теоретически течение в шнеке реальной жидкости ых ине ра- а> сггср в'гср~Ясг,р бгср твл ср ссс-~ — „~ ср вгс гс с, -"с„ бсср сс Рис. 3.66. Стадии развития навигационных зон в решетке шнека: а — течение с начальной кавитацней; б — течение с развитой «авнтацией; а — супериа.
витационное течение; ! — присоединенная паровая каверна; г — вихревой след без свободного газа можно рассматривать как течение с присоединенной каверной. Рассмотрим модель течения в шнеке постоянного шага. Решетка такого шнека (см. равд. 2.10.3) является решеткой пластин (рис. 2.49), Возьмем решетку на среднем радиусе шнека.
Прп некотором давлении на нерабочей стороне пластины, вблизи входной кромки, в зоне пониженного давления возникает присоединенная паровая каверна 1 (рис, 3.56, а), замыкающаяся на длине Ь„в области повышенного давления. Струйки жидкости, прилегающие к каверне, огибая ее, как плохообтекаемое тело, отрываются и образуют за ней вихревой след 2. Из-за отрыва потока давление в следе понижено. Это приводит к подсосу в области следа 2 жидкости из невозмущенного потока и смещению ее с жидкостью в зоне отрыва, в результате чего давление в следе увеличивается по направлению к выходной кромке и вихри исчезают яа длине Ьс . След разрушается в пределах решетки.
При понижении входного давления развитие кавитацин проявляется в увеличении ширины и длины паровой каверны и следа. При определенном давлении каверна со следом занимают уже всю длину лопатки (см. рис. 3.56, б) и след размывается потоком за решеткой. Площадь проходного сечения межлопаточного канала уменьшается, скорость пг„р увеличивается, окружная составляющая с,„ и теоретический напор снижаются (см. рис. 3.50 и 3.56, б). Дальнейшее уменьшение входного давления приводит к скачкообразному увеличению длины каверны с выходом ее границы за пределы решетки (см. рис.
3.56, в). Происходит отрыв потока жидкости от нерабочей стороны лопатки. Наступает суперкавитационное (отрывное) течение в решетке. Предшествующее ему по давлению течение называется предсуперкавитационным. Это течение соответствует срывному режиму работы шнека. Срывной кавитационный режим по 191 для критического режима по формуле Ркв Рп аРкг для срывного режима по формуле Рсра = Рп вРсра )ссре = Рш~сг7з Мсг/2 (3.126) (3.! 27) Как видно из выражений (3.125), ..., (3.127), коэффициент кавитации пропорционален уменьшению давления в потоке от давления на входе в насос до минимального давления, равного давлению насыщенного пара. Это уменьшение давления связано с увеличением скорости потока в межлопаточцом канале шнека.
!ч2 давлению входа близок к суперкавитационному (см. рис. 3.50), Р,Р, — Р,. Анализируя суперкавитациониый режим, можно определить антикавитационные свойства шнека на срывиом режиме, вблизи которого (со стороны болыпего давления) работает шпек ЖРД. Суперкавитационпое течение аналогично отрывному потенциальному обтеканию лопатки. Рассмотрим это течение для бесконечна тонких лопаток и идеальной жидкости. В сечении я — я каверна развита, скорость потока в межлопаточном канале направлена под углом ))п,р. Эта скорость' — максимальная скорость жидкости в межлопаточном канале. Давление по границе каверны также постоянно, оно равно минимальному давлению — давлению насыщенных паРов жидкости Рп. В сечении /г — Й устанавливается также давление р„.
Для определения входного давления Р„, соответствующего суперкавитационному срыву, выделим контур 7- — 7 — й — я. Запишем уравнение энергии в относительном движении для сечений 1 — 1 и я — я (здесь и далее пренебрегаем уносом массы жидкости в виде пара через каверну): рм + рю~ырl2 = рп -( рю',72, (3.122) где щ„р — относительная скорость жидкости на среднем радиусе шнека. Преобразовав выражение (3.122)с получим (Р1с РпУР = (1!с)решмч ср72 2 (3.123) где ()'ас)реш (ФкМ ср) 1 ° (3. 124) Параметр ). называется коэффициентом кавитации (в гидродинамике его называют числом кавитации).
Экспериментальным путем коэффициент кавитации для насоса может быть определен согласно формуле (3.123) для характерных кавитациониых режимов работы насоса по соответствующему входному давлению (см. рис. 3.50): для режима начала кавитации по формуле Ркап Рп Ркав кпв = ( ) 3.125 Рш1 рая Рш|сг/З Если рассчитать коэффициенты кавитации, то можно опреде. лить расчетным путем с помощью соотношений (3.125), „(3.12?) ХаРаКтЕРНЫЕ ДаВЛЕНИЯ Рк„, Ркр, Р,р, ж Р .
В. И. ПЕТРОВ И В. Ф. ЧЕ- баевский получили зависимости для Лк„, Л„,, Л,рв (91. Найдем выражение для коэффициента кавитации решетки (Л„)ре ж (Л„р,) „„, с котоРым свЯзан коэффициент кавитации шнека Л„р,. Для определения отношения скоростей ц»„)ц»»с, входящего в выражение (3.124), используем уравнение количества движения для контура 1 — 1 — й — Ь (см. рис.
3.55, в) в проекции на направление пластины: 1»РР»1ср(ср 51П Веер (сс»к ц»1 срСО5 (ср) = (Р»с Рп) )срз»П Вл, ср (3.128) Решая совместно уравнения (3.123) и (3.128), найдем выражение для отношения скоростей 19! В1СР ср »пк 2 1/ 1+ СОВ (В»ср — »ср) (3 129) Сс» се В» ср+ »ср 1 + сОВ (В1ср+»ср) СО0 Подставляя формулу (3.129) в соотношение (3.124), после преобразований получим (3330) 1с Ре = 1+ сое(В,СР+; р) В свази с малыми Углами В„р и С,р значение косинУса можно пРинЯть Равным еДинипе, а 5»й В„р Равным 18 Р„р —. с„= с„!иср. Тогда выражение (3.130) примет вид (Л»е)реш = с»* 5(п 1ср.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
