Л. Прандтль - Гидроаэромеханика (1123861), страница 61
Текст из файла (страница 61)
189 слева внизу, Попав на такой выступ, поток воды разделлстсл и попадает в правую и левую впадины лопатки, из которых он затем выходит, отклонившись почти на 180'. Наивыгоднейший эффект получается прп скорости двизкенил колеса, равной приблизительно половине скорости струи воды, падающей на колесо. На рис. 190 показана упрощенная схема установки колеса Пельтона н направллющсго аппарата в виде двух сопел. На рпс. 191 изображена обычная форма так называемого колесо Фрэнсиса, применлемого в качестве рабочего колеса в турбинах избыточного давлении.
Вода из направляющего аппарата, охватывающего рабочее колесо, поступает в отверстил, заметные на рисунке слева, и выходит через другие концы каналов, заметные на рисунке справа. Движение частиц воды внутри колеса происходит по траекториям, изогнутым в пространстве (на рис. 188 эти траектории изображены для случал плоского течения).
Третьим видам рабочего колеса явллетсл колесо #аллана (рис. 192), позволяющее папу шть большую скорость вращения турбины при сравнительно небольшом напоре. Направляющий аппарат в турбино Каплана такой же, как и у турбины Рнс. 192. Колесо Каплапа Рис. 193, Турбина Каплана. а— направляющее колесо; Ь вЂ” рабочее колесо; с — асасывающал труба, напраалл|ощпе лопатки в правой половине горизонтальной проекции изображены полностью а открытом состолнин, а в левой половине — в закрытом состоянии Фрэнсиса; он создает спиральное движение воды., направленное снаружи внутрь. Вода проходит через колесо Каплана н осевом направлении.
Колесо Каплана нвляется видоизменением колеса Фрэнсиса. В самом дело, если в последнем сохранить только крайние внешние части лопаток (на рис. 191 они хорошо видны справа), а все остальное отбросить, то получитсн колесо Каплана. Схема турбины Каплана изображена на риг. 193. В турбинах избыточного давления для уменьшении энергии выхоллщей из турбины воды всегда устраиваетсл нсасывающал труба (см рис.
193), обычно немного расширяющаяся книзу. 11ижпсе отвер- стие этой трубы погружаетсн в воду; этим достигается наиболее полное использование напора. Часто полезная мощность, развиваемая турбиной, больше тай мощности, которая необходима в данный момент в установках, связанных с турбиной. Длл регулирования полезной мощности изменяется количество воды, поступающей в рабочее колесо. Обычно это выполняется при помощи автоматического устройства и притом так, что число оборотов турбины остается постоянным.
В турбипах равного давления регулирование притока воды производитсл при помощи игольчатого клапана, автоматически увеличивающего или уменьшающего поперечное сечение сопла (рис. 190). В турбинах избыточного давления поступление воды в рабочее колесо изменяется путем поворота лопаток направляющего аппарата 1рис. 193). В турбинах Каплана регулирование производится иногда при помощи изменения угла установки лопаток рабочего колеса. Коэффициенты полезного действии хороших современных турбин колеблются в пределах от 0,85 до 0,90. Заметим, кстати, что паровые турбины используют подаваемый пар также либо при равном давлении, либо при избыточном давлении.
Канечяо, вследствие сжимаемости пара картина явлений, происходнщих внутри рабочего колеса паровой турбины, более сложнал, чем в водяной турбине. Крыльчатые колеса, подобные колесам фрэнсиса и Каплана, используютсл также в насосах, которые в известной степени явлнются обращением турбин избыточного давления. Насосы, в которых жидкость проходит через колесо в осевом направлении, называются винтовыли; насосы с радиальным движением жидкости называются центробежныли. Для подачи воздуха существу- М ют винтовые и центробежные воздуходувки. Винтовые насосы и воздуходувки по способу своего действия сходны с гребным вин- и там: наиболее простые из пих отличаются Рпс. 194. План скоростей от гребного винта только том, что опи поме- виптового иесаса.
Слева— щаются внутри трубы илн в стенке, разде- рабочее колесо, справа— ллющеп два пространства. Прп помощи на- папрееллющее колесо л~ авляющего колеса кинегпческая энсргия вращательного движения. созданного пропеллерпм насоса, мажет быть в значительной своей част» опять преобразована а давление ~рис. 194). Рнс. 196. центробежный насос высокого Рис. 195. 1(ентробежный насос со спиральной камерой давления (139) Хо = >'Ф>. где т есть удельный всс жидкости. В случае воздуходувки должна быть учтена работа, расходуемал на слсатие воздуха: если эта работа мала. так что ею можно пренебречь, то длн определении полезной мощности можно воспользоваться формулой (139), заменив в ней величину тй В центробежных насосах и воздуходувках обычное действие лопаток колеса усиливается центробежным действием во вращающихся каналах между лопатками.
В свмом дело, если система каналов вращается с угловой скоростью ш, то возцикающан при этом центробе>кная сила действует как массовая сила и влечет за собой увеличение давле> нил на величину 9 (гз — г,) как в состоянии относительного покоя, Лы з з так и прн установившемся движении [в последнем случае — вдоль линии тока (см. ~10 гл. 1 или 58 гл. Ч)). Лопатки колеса центробежного насоса могут быть направлены вдоль радиуса, а также загнуты вперед или назад относительно направления вращении. Насосы с лопатками, загнутыми назад, обладают наилучшим коэффициентом полезного действии, зато остальные дают несколько большее давление.
В простых конструкциях центробежных насосов и воздуходувок система направллющих лопаток замоннетсл спиральной камерой (рис. 195). В более совершенных конструкциях, особенно в насосах высокого давлении и турбокомпрессорах, в которых имеется несколько колес, поставленных одно за другим, устраивается специальная система направляющих лопаток (рис. 196). Если насос подает жидкость на высоту Ь в количестве Я в одну секунду,то его полезная мощность равна Ьо а(рз Р1). (140) Если воздух засасывается в воздуходувку иэ пространства с давлением Ро через короткую трубу или совсем беэ трубы, то можно принять, что Р1 = Ро ш р з 2 где ш есть средннл скорость во всасывающем отверстии. Кинетическая энергия массы воздуха, выбрасываемой из воздуходувки, может быть частично уловлена при помощи диффузора (расширяющейся трубы), так как таким путем, при условии, что противодавлепне постоянное, давление Рз позади воздуходувки уменьшается.
В воздуходувках для больших разностей давлений работой сжатия пренебрегать уже нельзя и длл подсчета полезной мощности следует пользоваться такими же формулами, как и длн поршневых воздуходувок. Мощность Х, необходимая длл работы насоса или воздуходувки, больше полезной мощности Ьо, так как часть энергии расходуется на преодоление гидродинамического сопротивления и трения в подшипниках. Отношение (140) называется коэффициентом полезного действия насоса нли воздуходувки. Если пренебречь трением в подшипниках, то потребной мощностью будет Е = Вм. где Х> есть вращающий момент на вале насоса или воздуходувки.
Его вычисление н для винтовых и для центробежных машин можно вы- полнить при помощи формулы (135). В большинстве случаев с„, = О, поэтому (142) В = РЯгзс,, и так как гзы = из, то Е = РЯвзси (143) Подставляя это значение Е, а также значение Ло, определяемое формулой (139), в равенство (141), мы получим формулу для определения Ь: г1изею 6 = —. д (144) разностью Рз — Рг статических давлений до и после воздуходувки; тогда мы получим: Рис.
197. Гидравличес- кий привод: Ж вЂ” насос; Т вЂ” турбина Рнс. 198. Гидравлический привод: ггà — насос; Т— турбина; 7 — неподвижное направляющее колесо Скорость с „, необходимая длл подсчета по этой формуле, определяется непосредственно из треугольника скоростей, а для коэффициента полезного действил берется ориентировочное значение. С турбинами и насосами известное сходство имеют гидравлические приводы, впервые введенные в практику Феттингеромг.
Они состоят из насоса и турбины, помещенных в одном и том же корпусе, и служат для переключения мощности с одного вала на другой. Переключение производится прн помощи наполнения или, наоборот, освобождения корпуса от жидкости; в качестве рабочей жидкости прпмеплется обычно жидкое масло. На рис. 197 и 198 изображены два типа гидравлических приводов. В первом нз них 1рис.
197) вращающий момент передается с одного вала на другой непосредственно, во втором жс )рис. 198) между быстра работающим насосом и медленно пращающейсл турбиной помещена система неподвижных лопаток, воспринимающая разность обоих момеятов, Коэффициент полезпога действил гидравлических приводов весьма высокий, так как в них отсутствует обычпал потеря энергии при выходе потока нз направляющего капала. 8 22.
Постановка экспериментальных исследований по гидродинамике и аэродинамике. а) Создание безупречных условий ' рогепает Н .. ааЬгЬ. а. 8сЬИГЬапсесЬп. Сег., т. 11 11010). стр. 157. алы>па. Экспериментальное исследование движенил какого-нибудь тела относительно поконщейсн жидкости возмомсно двуми способами: можно заставить тело двигаться в яоконщейся жидкости или, наоборот, можно заставить набегать на неподвижное тело равномерный поток жидкости. Первый способ особенно пригоден для исследования движепил тел в воде и используется прн испытании моделей судов в специальных гидродипамических каналах. Модель судна, изготовляеман обычно из парафина, прикрепляется к тележке, установленной па рельсах над каналом. Затем тележка приводится в движение вдоль канала с той или иной скоростью.
Движущаяся тележка буксирует за собой модель, причем возникает определенное сопротивление, измеряемое при помощи спецпалыюга прибора. Гидро- динамический канал должен быть достаточно широким и глубоким, так как в противном случае ьш результеты измерений будут сильно влиять возмущения, обусловленные близостью стенок. Прн более точной постановке опытов делаются самоходные модели судов, приводимые в дви>кение винтами. При исследовании моделей судов особое значение имеет сохранение подобия волн, вызываемых движением модели и судна е натуре. Для этап цели скорости движения модели и судна в натуре должны относиться друг к другу как корни квадратные иэ длин модели и судна а натуре 1тэк называемый залая аадааил Фреда; согласна З 13 гл. 111 длины еалн пропорциональны длинам модели и судна а натуре).
Одновременное соблюдение надавил е отношении трения невозможно, тэк как для этого необходимо, чтобы для обоих движений были одинаковы числа Рейпальдса, чта несавместнма с соблюдением закона подавил в отношении волн. Поэтому ат соблюдения подобия в отношении трепля при испытании моделей судов приходится отказываться. Для того чтобы обусловленные этим ошибки были малы, применяются возможна большие па размерам модели. Для прпмененил в воздухе метод буксировки непригоден по следующей причине: исследуемая модель всегда значительно тяжелее вытесняемой еьо массы воздуха, вследствие чего массовые силы, возникающие прп случайных небольших возмущениях модели, настолько превышают силы, подлежащие измерсьппо, что результаты измерения получаются очень неточными.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
