Особенности условий работы длинных лопастей

Многоступенчатые осевые насосы и вентиляторы

Давление, создаваемое одним колесом осевой машины, ограничено скоростными и геометрическими факторами. В современных осевых машинах применяют очень высокие окружные скорости на концах лопастей – до 400 м/с. Но во многих случаях это не обеспечивает необходимого давления. Тогда применяют многоступенчатые машины.

Осевая многоступенчатая машина имеет несколько осевых колёс. Посаженных на общий вал (рис. 4.8). При этом между каждыми двумя рабочими колёсами ставится направляющий аппарат. Его назначение – раскручивать поток, выходящий из рабочего колеса, и придавать ему направление, необходимое для эффективной подачи энергии в следующей ступени. В направляющей аппарате, кроме того, происходит преобразование скоростного напора в потенциальную энергию.

Рисунок 4.8 Схема осевой машины с тремя ступенями

Направляющий аппарат обычно выполняется из криволинейных профилей переменной толщины, обладающих малым лобовым сопротивлением. Количество ступеней в осевых машинах может достигать 20.

Элементы лопастей осевой машины, находящиеся на различных расстояниях от центра, вращаются с неодинаковыми скоростями. Вследствие этого лопасть с постоянной шириной и постоянными углами входа и выхода создаёт напор, изменяющийся по её длине. Это проводит к радиальным перемещениям частиц жидкости в проточной полости рабочих колёс и отводов и понижению КПД машины.

Явление радиального перемещения особенно сильно сказывается в ступенях машины с относительно большой длиной лопасти. Поэтому ступени осевых машин с большой длиной лопастей обычно проектируют исходя из условий радиальных перетеканий жидкости.

В теории осевых машин показано, что условие радиального равновесия, если пренебречь силами вязкости потока, выражается равенством

(4.31)

Это отношение имеет большое практическое значение, показывая, что отсутствие радиальных перетеканий возможно лишь при постоянстве циркуляции по длине лопасти. В этом случае каждая частица потока движется по цилиндрической поверхности соответствующего радиуса.

Уравнение (4.31) является важнейшим положением теории воздушных винтов Н. Е. Жуковского. Выполнение его для осевых машин дает существенное повышение КПД.

Влияние условия (4.31) на конструктивную форму лопасти проявляется в том. Что она получается закрученной (винтовой) с переменными углами и по длине. Такие лопасти имеют широкое применение, в особенности в машинах с малым относительным диаметром втулки.

В машинах с большим относительным диаметром втулки лопасти выполняются незакрученными, но с хордой, уменьшающейся к периферии.

4.1.6 Расчёт осевых насосов и вентиляторов

Определение основных размеров осевых насосов и вентиляторов производится на основе уравнений Эйлера и неразрывности потока. При этом учитываются особенности работы ступеней и конструктивные соотношения. принятые в практике. Для расчёта должны быть заданы: Н – напор, выраженный в метрах столба среды; Q – подача м /с, физические константы среды.

Осевые машины соединяются с электродвигателем непосредственно; в таких случаях частоту вращения машины принимают равной частоте вращения электродвигателя.

Соответственно окружные скорости концов лопастей оказываются значительными. Так, в случае насосов допускают окружные скорости до 60 м\с; большие значения не допускают из – за явления кавитации. В осевых вентиляторах обычно ограничиваются скоростями до 100 м/с во избежание появления сильного шума. Относительный диаметр втулки принимают , причём большие значения выбираются для высоконапорных машин.

Коэффициент расхода принимают в пределах 0,4 – 0,8.

Диаметр рабочего колеса может быть определён из уравнения

(4.32)

Обычно =0,6 – 1. Затем определяется диаметр втулки и находится длина лопасти

.

Элементы лопасти, находящиеся на разных расстояниях от центра колеса, работают с различной эффективностью. Поэтому допускается расчёт лопастей по среднему диаметру и применение цилиндрических лопастей только при .

При разбивают лопасть по длине на 7 – 10 участков и ведут расчёт каждого из них раздельно по его среднему диаметру, получая различные значения лопастных углов на входе и выходе; лопасть получается закрученной (винтовой).

Т.к. осевая составляющая скорости для принятого значения известна , то при отсутствии закрутки на входе

.

Угол выхода потока из межлопастных каналов

.

Величина определяется из основного уравнения машины

,

где Н – напор одной ступени машины; - гидравлический КПД, лежащий в пределах 0,75 – 0,92.

Лопастные углы на входе и выходе:

, ; ,

где принимается по результатам экспериментальных продувок решёток лопастей.

Количество рабочих лопастей осевых насосов выбирают от 3 до 6, а осевых вентиляторов – до 40.

В многоступенчатых осевых машинах между венцами рабочих лопастей двух соседних ступеней помещаются венцы неподвижных лопаток, направляющих поток, проходящий из одного рабочего колеса в другое (см. рис. 4.8).

Угол входа направляющих лопаток , а угол выхода .

При известном значении относительного шага профиля t=0,5 – 1,5 определяется хорда профиля (где t вычисляется по диаметру колеса и принятому количеству лопастей).

Построив среднюю линию профиля по углам , по относительным координатам профилей можно построить профили лопастей.

При длинных лопатках хорду профиля изменяют по длине так, чтобы , где - хорда профиля на окружности наружного диаметра колеса.

Дата добавления: 2014-12-08