Подводы и отводы

Подводом называется часть проточной части машины, подводящая перемещаемую среду к входному отверстию рабочего колеса.

Подвод правильной конструкции должен давать равномерное, осесимметричное распределение потока по входному сечению рабочего колеса. Несоблюдение этого условия снижает гидравлический КПД колеса и машины в целом. Симметричность потока при входе в рабочее колесо достигается выполнением подвода в форме прямолинейного конфузора при осевом потоке (рис.2.8) или спирального кожуха (рис.2.9) при поперечном потоке.

Рисунок 2.8 Входная камера при Рисунок 2.9 Схема спиральной

осевом подводе жидкости к рабочему входной камеры переменного

колесу насоса сечения

Потери энергии в подводе должны быть минимальными; для этого скорости в его сечениях не5 должны быть высокими. Проходные сечения подвода должны постепенно уменьшаться в направлении движения, обеспечивая постепенное возрастание скорости до значения её во входном сечении колеса.

Конструкция подвода и положение приёмного отверстия должны создавать удобное сопряжение машины с всасывающим трубопроводом.

Форма, размеры и расположение подвода влияют не только на энергию, передаваемую потоку жидкости колесом, но и на характеристики машины.

Отводом называют часть проточной части машины,. Принимающую перемещаемую среду из рабочего колеса и частично преобразующую. Кинетическую энергию этой среды в потенциальную.

Известны три типа отводов: кольцевой, спиральный и лопаточный.

Кольцевой отвод представляет собой цилиндрическое пространство 1 постоянной ширины, охватывающее рабочее колесо машины (рис.2.10). Спиральный отвод представляется в виде криволинейного диффузорного канала 2, окружающего рабочее колесо и обычно комбинируемого, как показано на рис.2.10, с кольцевым отводом.

Рисунок 2.10 Центробежная машина с кольцевым и спиральными отводами.

Отводы должны обеспечивать отведение жидкости (газа) от колеса с наименьшими потерями и по возможности без нарушения осесимметричности потока в колесе. При этом скорость потока должна постепенно уменьшаться до скорости в начальном сечении напорного трубопровода.

С целью снижения скорости на выходе из напорног патрубка машины к спиральному отводу присоединяют конический диффузор 3 с углом раскрытия около 10 .

При трапециевидном и прямоугольном поперечном сечении спирального отвода диффузор 3 служит и для перехода к круглому сечению выходного патрубка насоса, что необходимо для присоединения напорного трубопровода.

Лопаточный отвод представляет собой систему нескольких диффузорных каналов, окружающих рабочее колесо (рис.2.11); рис.2.12 – канальный отвод.

Как показывают опыты, движение реальных газов и жидкостей в кольцевых отводах в основной части потока приблизительно подчиняется законам движения невязкой жидкости. Поэтому анализ работы отводов в первом приближении можно вести, полагая, что трение в потоке не проявляется.

Рисунок 2.11 Лопаточный отвод Рисунок 2.12 Канальный отвод

центробежной машины центробежной машины

(многоступенчатого компрессора) (многоступенчатого насоса)

Рассмотрим работу кольцевого отвода машины, подающей несжимаемую жидкость. Пусть и - соответственно радиус и абсолютная скорость в начале кольцевого отвода; и - радиус и абсолютная скорость в любой точке произвольного сечения отвода (рис.2.10). Установим зависимость между скоростями и .

Окружную проекцию скорости можно определить по условиям постоянства момента скорости (т.к. влияние сил трения о стенки не учитывается):

.

Радиальную проекцию скорости найдём с помощью уравнения неразрывности , приняв для простоты .

Отсюда находим

,

т.е. радиальные составляющие скорости находятся в таком же соотношении, как и тангенциальные составляющие. Следовательно, параллелограммы скоростей подобны и существует равенство (рис.2.10). Т.е. линиями тока являются логарифмические спирали. Поскольку проекции скорости изменяются обратно пропорционально радиусу сечения, сама скорость изменяется также:

. (2.37)

Формула (2.37) обусловливает основной недостаток кольцевых отводов – необходимость существенного увеличения радиальных размеров машины. Действительно, если требуется снизить скорость в безлопаточном отводе вдвое, необходимо увеличить диаметр (на выходе из кольцевого отвода) также вдвое, т.е. . Поэтому кольцевые отводы применяются сравнительно редко и лишь в одноступенчатых насосах специального типа..

Из кольцевого отвода, а при отсутствии кольцевого отвода – из рабочего колеса жидкость поступает в спиральный отвод (рис.2.2).

Рассмотрим машину без кольцевого отвода. Поток из рабочего колеса поступает в спиральный отвод со скоростью , в то время как средняя скорость в отводе существенно меньше. Вследствие этого получаются потери на удар, которые приближённо могут быть определены по формуле Карно

(2.38)

В этой формуле - скорость в спиральном отводе после удара (условная скорость). Расчёты показывают, что можно принимать

(2.39)

Кроме потерь в спиральном отводе имеются потери на терние о стенки отвода при повороте потока в отводе и диффузоре, расположенном за отводом. Сумму этих потерь обозначают через и определяют в долях динамического напора скорости :

(2.40)

В зависимости от формы спирального отвода можно принимать .

Очевидно, что с ростом скорости потери на удар уменьшаются, а на трение и поворот потока – растут. Следовательно, имеется оптимальная скорость , при которой суммарные потери минимальны.

Из условий минимума потерь находим

(2.41)

Если принять ,то . Если машина выполнена с кольцевым отводом, то при определении скорости в спиральном отводе также можно пользоваться формулой (2.38), заменив в ней на - скорость за кольцевым отводом.

Формы поперечных сечений спиральных отводов показаны на рис. 2.13 и 2.14.

Рисунок 2.13 Трапециевидная и Рисунок 2.15 Круглая и грушевидная

прямоугольная формы сечений формы сечений спиральных отводов

спиральных отводов

Рассмотрим способ ориентировочного расчёта размеров спирального корпуса по заданной величине и подаче (рис.2.15).

Рисунок 2.15 К определению размеров сечений спиральных отводов

Расходы , проходящие через произвольно заданные сечения , равны расходам, выбрасываемым из колеса в пределах дуг . Поскольку эти сечения ориентированы углами , то, следовательно

(2.42)

Из уравнений расхода следует

; ;…; (2.43)

По полученным , приняв одну из форм поперечных сечений, можно рассчитать их линейные размеры. Таким образом. Будут определены размеры спирального отвода.

При расчёте размеров корпуса, состоящего из кольцевого и спирального отводов, расчётные сечения представляют собой сумму площадей сечений обоих отводов.

В многоступенчатых конструкциях центробежных машин применяют в основном лопаточные отводы; их конструктивные схемы даны на рис. 2.11 и 2.12. Из этих схем видно, что лопаточный отвод представляет собой неподвижную круговую решётку с большим количеством лопаток (рис.2.11) или состоит из небольшого количества лопаток специального профиля, образующих межлопаточные каналы (рис.2.12).

Форма лопаточного отвода, выполненная по рис.2.11, обычно свойственна центробежным газовым машинам, по рис.2.12 – центробежным насосам.

Во всех типах лопаточных отводов при значительном отклонении режима работы от расчётного наблюдается отрыв потока от поверхности лопаток и вследствие этого уменьшение КПД машины.

Большое влияние на работу центробежной машины оказывает радиальный зазор между концами рабочих лопастей и входными кромками лопаток отвода. При малых значениях центробежная машина создаёт шум, нежелательный в условиях эксплуатации.

Положительное влияние цилиндрического пространства с размером на работу машины проявляется в том, что в нём, во – первых, происходят выравнивание скоростей , неравномерно распределённых по окружности выхода из рабочего колеса, и, во – вторых, получается некоторый диффузорный эффект (преобразование кинетической энергии в давление).

В конструкциях центробежных насосов размер обычно не превышает 10 мм, а в компрессорах он может достигать нескольких десятков миллиметров.

Дата добавления: 2014-12-08