Синярев Г.Б., Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Теория и проектирование, 1957 г. (1240838), страница 86
Текст из файла (страница 86)
Они особен- но велнки,в насосах, развивающих большие давления при малых расходах, т. е. в насосах авиационных ЖРД. Для того чтобы насос действительно подавал заданный расход Я при наличии перетеканий н утечек, через колесо должен пройти ббль- ший расход жидкости. Увеличение расхода равно сумме секундных перетеканий и утечки. Величина перетеканий и утечек характеризуется объемным к. п. д. насоса Ч., и расход жидкости через колесо насоса Я составит (1Х.?3) чо 3. Н а пор жидкости. Величина напора, который создается насосом ЖРД, определяется необходимым давлением подачи р, в которое входит давление в камере, а также гидравлические потери в системах подачи и охлаждения. Из этого давления нужно вычесть то давление, под которым жидкость поступает в насос р,„. Следова- тельно, перепад давлений, создаваемый насосом ьр., может быть подсчитан по формуле Ьрн=р.
— р кг/смз (1Х. 74) Напор, создаваемый насосом, обычно выражается в метрах столба подаваемой жидкости и обозначается Н. Его величина составит (1Х. 75) т где Лр. выражено в кг?м', а 7 в кг!м', Так как Ьр;, обычно выражается в кг!см', а 7 в кг?л, то в этом случае (1Х. 76) р„ДО 1О~р„ ~ 1О 4. Число оборотов насоса и об,~мин. При проектировании насоса необходимо использовать опытные данные, которые характеризуют различного рода потери, возникающие в нем. Однако такие данные можно правильно применять только в том случае, если проектируемый насос и насос-образец, данные котоРого используются в расчете, являются подобными. Полное подобие насосов требует, кроме геометрического подобия, соблюдения еще Ряда условий или так называемых критериев подобия.
Одним из так"х ~р~териев подобия является коэффициент быстроходности и,. Его величина вычисляется по формуле и,= 3,65 — и, э' О (1Х.?7) ,/Н~ 453 в которой величина 3,65 является условным, исторически сложившимся коэффициентом. Как будет показано в дальнейшем, величина коэффициента быстроходности хорошо характеризует форму колеса насоса. При этом подобные насосы обязательно будут иметь одинаковые числа п„хотя выполнение одного этого условия недостаточно для того, чтобы насосы оказались подобными. Создание напора центробежным насосом происходит за счет принудительного движения жидкости по колесу насоса и придания ей соо1гветствующих скоростей.
Движение жидкости по насосу принято характеризовать планами скоростей на входе в колесо н на выходе из него. План скоростей на входе в колесо и расположение лопаток Перекачиваемая жидкость подходит из входного патрубка к колесу с абсолютной скоростью см равной с = О о о— — (В' — лз ) 4 (1Х. 78) о 0 с 1 Эта скорость направлена вдоль оси насоса, так как в обычных случаях не допускают вращения (закрутки) жидкости на вхо1де. Благодаря соответствующей форме канала колеса жидкость плавно поворачивается в радиальном направлении и подводится к лопаткам. При этом, если не учитывать влияния трения, то и во входной части колеса (до кромок лопаток) жидкость не имеет вращения и векторы ее скоростей лежат в меридиональных сечениях колеса, Лопатки ~во входной части могут быть выполнены различным образом.
Проще всего выполнить лопатки, кромки которых параллельны оси насоса и лопатки начинаются там, где поворот жидкости в основном уже закончен (см. фиг. 171,а). При этом диаметр расположения входных кромок лопаток, который будем в дальнейшем обозначать 1)ь делается обычно равным диаметру входа на колесо 0ь., хотя он может быть и больше этого диаметра. Такая форма лопатки, о1днако, имеет тот недостаток, что входная часть колеса насоса не используется для сообщения энергии жидкости. Поэтому иногда лопатки делаются более длинными и выносятся во входную часть колеса.
При этом наиболее длинная лопатка будет иметь кромку, лежащую в плоскости, перпендикулярной оси насоса (см. фнг. 171,б). В таких колесах диаметр входа на лопатку Р, будет переменным и разбег значений его будет тем ббльшим, чем длиннее лопатка. В этом случае за расчетный диаметр входа на лопатку принимают диаметр середины ,хватки. Меридиональная скорость, с которой жидкость поступает на лопатки, обозначим с, . В общем случае величина этой скорости со- ставит где гт — проходное сечение, которое имеет колесо иа кромках лопатки.
Величина проходного сечения Рт в основном определяется площадью поверхности усеченного конуса, образующей которого является кромка лопатки. Если кромки лопаток параллельны оси, то вход жидкости осуществляется через цилиндрическую поверхность мР1Ь1. Из этой площади, однако, надо вычесть площадь, которую занимают сами кромки лопаток.
г) д) Д~ф Е) т ф~~ф ж) Фиг. 17К Входная часть насоса и виды уилопнений. а-кромка лопатки параллельна осн пасоса, Ос=ау,о, б — кромка лопатки лежит а плоскости, перпендикуляриоа оси насоса (наиболее длянная лопатяах а — кромка лопатки наклонена под углом а; е, д, а н ае — раалнчные типы передник уплотнениа. Уменьшение (стеснение) проходного сечения для жидкости за счет лопаток учитывается коэффициентом стеснения на входе 1)1<" 1. Тогда г Оо 1ж Ю1Ь1Ф1 (1Х.
79) При малых углах наклона кромок лопаток а можно также использовать соотношение (1Х. 79), понимая под Р, и Ь, размеры, указанные иа фиг. 17!,а. При больших углах а надо использовать соотношение, учитывающее наклон кромок. Попадая на колесо, жидкость получает относительно колеса некоторую скорость, которая называется относительной скоростью та. Относительная скорость в любой точке колеса складывается из меридиональной скорости жидкости с и окружной скорости данной точки колеса, взятой с обратным знаком, т. е.
— и, Окружную скорость необходимо брать со знаком «минус», так как, если представить себе колесо неподвижным, то и жидкости, притекающей к колесу, надо сообщить угловую скорость, равную — ру, равную угловой скорости вращения колеса. Следовательно, каждая точка жидкости в относи- тельном движении получает окружную скорость — и. Так, например, при входе на лопатки жидкость относительно колеса получит ско- ЛО1П рость — и, =— 60 Для определения закона распааожения входных кромок лопаток необходимо знать относительную скорость жидкости при входе на лопатки гсь План скоростей в этом сечении насоса представлен на фнг. 172. Величина относительной ско- рости на входе может быть подл считана по уравнению тс, =ф~ с,' +и,'.
(1Х. 80) Направление ее определяется величиной угла йь который отсчитывается от отрицательного направления окружной скорости в сторону вращения колеса. В этом случае 16Д,= — "" . (1Х.81) и~ При проектировании насоса стремятся уменьшить относительные скорости жидкости на входе в колесо, в том числе и относительную скорость входа на лопатки а~ь Легко показать, что для насоса, рассчитываемого на заданные расход Я и число оборотов Ф . 172.
и я ы л' всегда наидется такой диа з колесо, метр входа Р, „при котором от- носительные скорости на входе будут минимальными. Действительно, рассмотрим, как будет изменяться относительная скорость на входе в колесо тсь, струйки жидкости, текущей на самом большом удалении от оси, т. е. на диаметре Р,, Из всех струек жидкости, вытекающих на колесо, она будет обладать наибольшей относительной скоростью, так как для.нее величина — иь, будет максимальной. При уменьшении Р,; скорость входа в колесо с,,'(при заданном Я) бчдет увеличиваться, а скорость и,,= " при заданном и уменьшаться. 60 Если увеличивать диаметр Р, „то скорость с,, будет уменьшаться, но возрастает и,, Следовательно, найдется такой диаметр входа Р;";, когда тсь,=~/ с',,+и',, будет минимальной (фиг.
173). Теоретический расчет показывает, что если пренебречь размерами втулки, то диаметр Р;";, обеспечивающий наименьшее значение относительных скоростей при входе в насос, составит Зг Ровс 3 25.10з '1/ — .м.м (1Х. 82) и Практически при расчете насосов необходимо учитывать влияние втулки. С этой целью вводится понятие эквивалентного диаметра входа Рзи который определяется как диаметр сплошного отверстия, не загроможденного втулкой, имеющего площадь, равную действительной площади проходного сечения на входе.
Иначе говоря, (1Х.83) или Рз,=Р',,— с('„; О,,= у~Рз,+с(з, = 1г и 1/ и Фиг. Г73. Изменение скорости гн, в зази симости от диаметра входа на колесо. 457 Величина Ргм обеспечивающая минимальные относительные скорости, находится. по соотношению, аналогичному (1Х. 82), в котором численный коэффициент 7зо увеличивается до 4,5 —:5, т.
е. з 7.— О„= (4,5 —: 5,0) 10' ),/ — зззг. (1Х. 84) Легко видеть, что в случае лопаток, имеющих кромки, параллельные оси, для которых Р,=Р... рассмотренное выше условие обеспечивает минимальные скорости и,. Ясно с также, что выносить кромки ло- н и, паток в радиальную часть коле- вт, са, т. е, делать Рт)Рь., невыгодно, так как этим увеличивается величина относительной скорости при входе на лопатки. Наоборот, лопатки, вынесенные ко входу, более выгодны, так как максимальная относительная скорость, равная относительной скорости при входе на лопатки, имеющие кромки, со параллельные оси, возникает только на диаметре Рьв Во всех остальных точках кромки лопатки относительные скорости будут меньшими.
Для того чтобы поток жидкости вошел на колесо без удара, т. е. с минимальными потерями, необходимо соответствие относительной скорости потока и формы канала, образованного лопатками колеса. а йн= йы — р~)0, д 8,= (3 —:8)'. причем величина Если кромка лопатки расположена не по образующей цилиндра, а наклонно, то диаметр входа О, принимается равным диаметру расположения средней точки кромки.
В специальных случаях, особенно когда кромка лопатки перпендикулярна к оси насоса, расчет ведется для нескольких точек; в этом случае углы я, и й„ будут перемениы по длине кромки, Так как скорость с~ остается постоянной, а и, при переходе к точкам кромки, расположенным на большем радиусе, увеличивается, то угол 8, для точек кромки, более удаленных от оси, будет меньшим, а для точек, ближе расположенных к осн, ббльшим. Коэффициент стеснения на входе Ф ь входящий в формулу (1Х.79), определяется отношением действительного проходного сечения для течения жидкости к теоретическому сечению без учета лопаток. Ширина каждого канала без учета толщины лопаток будет равна шагу лопаток по окружности г', т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
