Никитин О.Ф. Гидравлика и гидропневмопривод DJVU (948287), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Вектор количества движения равен произве- ани дению массы тела и его скорости и направлен вдоль вектора У скорости. Момент количества движения тела К относительно точки О 2, =тРАсоза, где А — радиус канала, а его изменение с течением времени равно моменту внешних сил (на- \ грузки)„действующих на это тело: аА/ай = а)а нарр ° йо В равномерно вращающемся канале (рис. 9.2) при установившемся течении массовый расход Д Рис.
9.1. Схема одинаков через входное А и выходное В сечения. определения моРабочая жидкость движется в сечениях канала с мента количества абсолютными скоростями соответственно Ин Иг и движения со скоростями И'"и Игг относительно канала. Секундное изменение момента количества движения в канале Ж ай — М р =0 ()'гигАг — Р~и4), где %~иг = 1гг созаг — составляющие абсолютной скорости; Уп 1/г — переносные окружные скорости; Ап Аг — радиусы траекторий вращения сечений 1, 2 вращающегося канала.
Это выражение называют уравнением Эйлера. В системе каналов (бесконечное число 323 Ч. 11. Гидронневионривод каналов) с относительной скоростью движения рабочей жидкости, направленной по касательной к поверхности канала, траектории частиц одинаковы и образуют рабочее кольцо — так называемое колесо насоса. Количество рабочей жидкости, проходягдей через такое колесо в единицу времеви, называют подачей, а момент на валу— моментом сил, с которыми колесо воздействует на находящуюся в нем жидкость.
Рис. 9.2. Схема течения потока рабочей жидкости во вращающемся канале Насос, в котором жидкая среда перемещается под силовым воздействием на нее в камере, постоянно сообщающейся с входом и выходом насоса, называют 'динамическим. В нем механическая энергия потока рабочей жидкости на выходе определяется кинетической энергисй потока жидкости. Различают насосы лопастные, вихревые, насосы трения и др. В насосе момент сил„ действующих со стороны потока на стенки канала, направлен против угловой скорости вращения оз канала, в гидравлическом двигателе (гидротурбине) вдоль скорости сэ.
Простейшая схема В лопастном насосе рабочая жидкость перемещается благодаря силовому воздействию на нее системы лопастей. Проточная часть этого насоса с осевой трубой подвода 1 и спиральным отводом 3 рабочей жидкости изображена на рис. 9.3. 324 1в. 9. Лопастные насосы и турбины. Гндрод намическне передачи Рис.
9.3. Конструктивная схема центробежного насоса; 1, 3 — подвод и отвод рабочей жидкости соответственно; 1 — рабочее колесо; 4 — диффузор; а — задний диск; б — передний диск; в — лопасть Рабочее колесо, предназначенное для преобразования механической энергии вращающегося вала в механическую энергию потока рабочей жидкости, представляет собой конструкцию, содержащую несколько лопастей (обычно 4 — 9), которые расположены в плоскости, перпендикулярной осн вращения. Лопасти (конечное число) изогнуты в сторону, противоположную направлению вращения, и спрофилированы таким образом, что при вращении рабочего колеса возникают силы, противодействующие этому движению. Г'идромашина работает в режиме насоса, если подводимая энергия преобразуется в потенциальную и кинетическую энергию потока рабочей жидкости.
Жидкость по каналу лопасти движется от центра к периферии (по выпуклой стороне лопасти). Поток рабочей жидкости ограничен лопастями, передним и задним дисками рабочего колеса 2. Входное устройство осуществляет подвод потока жидкости к рабочему колесу с наименьшими энергетическими потерями. Отводящее устройство (в основном это спиралевидный канал с диффузором) собирает рабочую жидкость, выходящую с лопастей рабочего колеса, уменьшает скорость ее движения, преобразуя при этом кинетическую составляющую механической энергии потока жидкости в ее потенциальную составляющую, а также повышает давление (преобразование скоростного напора в гидростатнческий напор — давление) с возможно меньшими гидравлическими потерями и обеспечивает симметрию потока на выходе из рабочего колеса.
325 Ч. П. Гидропкекиоиривод Проточная часть насоса образуется стенками входного устройства, рабочего колеса и отводящего устройства. Стенки входного и отводящего устройств неподвижны, так что скорости движения потока относительно стенок будут абсолютными. Рабочее колесо совершает вращательное движение, которое является переносным, а скорости движения потока относительно стенок межлопастных каналов будут относительными.
Анализ кинематики потока жидкости в рабочем колесе целесообразно проводить методом построения плана скоростей. В теории лопастных насосов план скоростей чаще называют треугольником скоростей. Абсолютная скорость в области рабочего колеса представляет собой векторную сумму относительной и переносной скоростей (рис. 9.4, а, б), т.
е. У = Ък' + Ю. Векторный треугольник скоростей определяется геометрическим положением рассматриваемых точек потока; 1 — на входе (см. рис. 9.4, в) и 2 (см. рис. 9.4, г) — на выходе из рабочего колеса. Ъ % Ъ 1 1 1 1 1и "'1 и гтп ~'2 г г Рис. 9.4. Схемы продольного профиля проточной части (а), расположения лопастей лопастного насоса (б) и треугольники скоростей на входе (в) и выходе (г) рабочего колеса (см. обозначсния на рис. 9.2) Для упрощения понимания процессов примем несколько допущений.
Траектории всех частиц при относительном движении (в межлопастном канале) одинаковы и совпадают с контурами лопасти. Относительные скорости движения частиц жидкости, ле- 326 Гл. 9. Лоиастиые насосы и турбины. Гидрадинамические передачи жащих на одной окружности, одинаковы и направлены по касательной к поверхности лопасти в рассматриваемой точке. Принятые допущения называют схемой бесконечного числа лопастей. В действительности давление на лицевой стороне лопасти (передняя сторона лопасти по отношению к направлению ее движения) выше, чем на ее тыльной стороне. Согласно уравнению Бернулли, при высоком давлении скорость движения жидкости уменьшается.
Поэтому относительная скорость частиц жидкости, движущихся по лицевой стороне лопасти, меньше относительной скорости частиц, движущихся вдоль се тыльной стороны. Траектории частиц, непосредственно примыкающих к лопасти, совпадают по форме с контурами лопасти, траектории остальных частиц отличаются. В соответствии с этой схемой относительная скорость направлена по касательной к лопасти; окружная — по касательной к окружности в точке К в сторону вращения рабочего колеса.
Разложим абсолютную скорость на две взаимно перпендикулярные составляющие: к'с — окружная составляющая абсолютной скорости; к'„— меридиональная, представляющая собой проекцию абсолютной скорости на плоскость, проходящую через ось колеса и точку К. Основное уравнение напора. В лопастном насосе объем рабочей жидкости ограничен изнутри и по периферии поверхностями вращения радиусами Я, и Яъ которые образуют входные и выходные кромки лопастей, Момент сил давления равен нулю, так как нормали к поверхностям вращения проходят через ось колеса. Силы трения не учитываем, поскольку они пренебрежимо малы.
Момент сил М„р, действующий на жидкость в колесе, обусловлен только воздействием на нее стенок каналов колеса (лопастей и внутренних поверхностей переднего и заднего колес). Произведение момента сил и угловой скоросги вращения М„...сл представляет собой секундную работу, которую производит рабочее колесо, воздействуя на находящуюся в нем жидкость. Эта работа равна энергии, передаваемой рабочим колесом объему жидкости в колесе в единицу времени, или гидравлической энергии— мощности; '1к = Мнагрсо Р0к (к2узазсо )!1ла1со) Р0ык (~ 2уэыэккр кщ1ы1)~ 327 Ч.
П. Гидропневмопр ~вод где Ą— массовый расход жидкости через колесо. В то же время М„= Ц„рдН. Тогда теоретический напор при бесконечном числе лопаток Н = 111зшНз — КшзН1 )/д. Таким образом, согласно уравнению Эйлера, 1'л; газ — К~ и 1У~ нов Я Для насоса с бесконечным числом лопастей (размеры потока определяются бесконечным числом струек) и подводом потока жидкости к рабочему колесу без закрутки потока (1'1ш = 0) теоретический напор Н = 1'зц Нзо Бз /д и Н > Н„так как 1ш > Рзи. Рабочая характеристика. Для того чтобы определить зависимость напора от подачи, иногда называемую напорной характеристикой, необходимо установить связь между подачей и абсолютной скоростью.
Из треугольника скоростей с учетом ранее полученного выражения теоретического напора можно получить у2 Н1 а = — — Юк~'2 2 Ы где к — коэффициент, учитывающий площадь сечения, через которое проходит меридиональный поток жидкости, ширину канала (по радиусу) и стеснение потока вследствие уменьшения его площади сечения из-за толщины лопастей. Из последнего уравнения следует, что при бесконечном числе лопастей теоретический напор Н линейно зависит от подачи рабочего колеса насоса Д„. реальные характеристики лопастных насосов в значительной степени отличаются от теоретических, которые приведены на рис. 9.5, что обусловлено рядом причин.
1. Относительная скорость частиц потока жидкости на выходе рабочего колеса из-за конечного числа лопастей не совсем точно направлена по касательной к лопасти, что приводит к уменьшению напора насоса. Уменьшение напора це зависит от подачи (см. рис. 9.5, область 1). 2. При движении рабочей жидкости в проточной части насоса от его входа до выхода происходят гидравлические потери напора 328 Гн.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
