Влияние угла на напор, развиваемый центробежной машиной

Влияние угла на примере рабочего колеса с радиальным входом потока в межлопастные каналы. Из плана скоростей на выходе (см. рис.2.2) имеем

,

Откуда

,

Где радиальная составляющая абсолютной скорости на выходе;

,

Или

(2.23)

Если ввести обозначения и , то теоретический напор определится формулой

(2.24)

Зависимость от

……………………………….0 90 180

……………………………..

Значение , соответствующее =0 в уравнении (2.23), получается равным

Уравнение (2.24) представлено на рис. 2.4. Из этого рисунка видно, что теоретический напор существенно зависит от угла , в особенности при малых и больших значениях, приближающихся к нулю или 180 .

Рисунок 2.4 График зависимости

Изменение скорости потока и определение её направления на выходе из рабочих колёс насосов и вентиляторов показывают. Что угол потока отличается от лопастного угла , характеризующего положение конечного участка лопасти. Углом скоса потока называют разность . Угол для машин обычных конструкций не зависит от режима работы и составляет 3 - 5 .

Лопастной угол является фактором, позволяющим конструировать машины с различными значениями теоретического и действительного напоров.

Ветвь кривой , представляющая практический интерес, на рис. 2.4 ограничивается область положительных значений .

Три типа лопастей рабочего колеса. В конструкциях центробежных машин различных назначений встречаются лопасти, отогнутые назад, радиальные и отогнутые вперёд. Лопастной угол , как видно из рис.2.5, определяет тип лопасти: если >90 , лопасть отогнута вперёд; при = 90 лопасть радиальна и при < 90 лопасть отогнута назад. Во всех случаях угол на входе меньше 90 .

Рисунок 2.5 Типы рабочих лопастей центробежной машины:

а) лопасти отогнуты назад; б) лопасти радиальны; в) лопасти отогнуты вперёд.

Ранее было показано, как влияет угол на полный теоретический напор. Выясним теперь влияние этого угла на статическую и скоростную составляющие теоретического напора применительно к трём основным типам рабочих лопастей.

Для упрощения анализа предположим, что колесо имеет радиальных вход и что радиальная составляющая абсолютной скорости на выходе равна абсолютной скорости на входе в межлопастные каналы.

Воспользуемся известным соотношением

. (2.25)

На основании принятого условия и формулы (2.11) получим

(2.26)

Из тригонометрических соотношений (рис. 2.2) следует

.

Подставив значение в уравнение (2.26), получим

(2.27)

По уравнению (2.25) статический напор определяется как разность полного и скоростного теоретических напоров

.

Преобразив это выражение после подстановки

получим . (2.28)

По уравнениям (2.23), (2.27) и (2.28) можно построить графики зависимости полного напора и его составляющих от угла . На рис. 2.6 даны графики и , которые наглядно показывают, что уменьшение угла приводит к снижению полного напора, развиваемого рабочим колесом центробежной машины.

Из уравнения (2.28) видно, что становится равным нулю при условии , что возможно

При и .

Максимум будет при =0 (или =90 ). Изменение теоретического скоростного напора на рис.2.6 представлено как изменение разности ординат кривых и .

Рисунок 2.6 Графики и .

Наибольшее в случае лопастей, отогнутых вперёд будет при

.

При уменьшении угла теоретический скоростной напор непрерывно уменьшается, достигая значения, равного нулю при

.

Из изложенного следует, что лопасти, отогнутые вперёд, передают потоку наибольшее количество энергии по сравнению с лопастями других форм. Но в общем количестве энергии, передаваемой такими лопастями, преобладает скоростная энергия. Напротив, в полной энергии, передаваемой лопастями, отогнутыми назад, преобладает потенциальная энергия (статический напор).

Способность рабочих лопастей развивать статический напор, обычно характеризуют степенью реактивности рабочего колеса.

Степень реактивности равна отношению теоретического статического напора к полному теоретическому напору, развиваемому лопастями рабочего колеса машины:

. (2.29)

Пользуясь уравнениями (2.23) и (2.28), можно записать

,

Откуда после преобразований получим

. (2.30)

Для лопастей, предельно отогнутых вперед, при

.

Для радиальных лопастей , поэтому .

Для лопастей, предельно отогнутых назад, при

.

Таким образом, степень реактивности характеризует конструктивный тип лопастей машины со стороны развиваемого ими статического напора.

Лопасти с малой степенью реактивности в основном развивают скоростной напор и имеют высокие выходные скорости. Для преобразования скоростного напора в статический машины с такими лопастями снабжаются диффузорными устройствами, обладающими низким КПД. Поэтому КПД машины с малой степенью реактивности обычно ниже КПД машины, обладающей большей степенью реактивности.

Выводы. Лопасти, предельно отогнутые вперёд, развивают при заданных и наибольший полный теоретический напор в форме скоростного напора. При уменьшении угла полный теоретический напор уменьшается; одновременно растет степень реактивности и повышается статический напор. При = 90 степень реактивности равна 0,5 и полный теоретический напор состоит из одинаковых скоростного и статического напора.

Дальнейшее уменьшение угла связано с падением полного теоретического напора до нуля при одновременном росте степени реактивности до единицы. Последнее связано с относительным повышением статического напора.

В конструкциях центробежных машин встречаются все три типа лопастей. В центробежных насосах применяются в основном только лопасти, отгнутые назад.

Центробежные вентиляторы имеют все три типа лопастей, центробежные компрессоры обычно имеют лопасти, отогнутые назад.

Дата добавления: 2014-12-08