Поворотные устройства

В энергетических и других машинах применяется большое количество устройств для поворота потоков газов.

Задачи о движении турбулентных потоков в колене теоретически не решены. Поэтому при анализе используют результаты экспериментальных исследований.

На газ, движущийся в криволинейном канале, действуют центробежные силы. Скорость газа тем больше, чем меньше радиус. Скорости частиц убавают с увеличением радиуса по гиперболическому закону. Следовательно, давление у внутренней стенки меньше, чем у внешней.

При входе в криволинейный колено у внутренней стенки образуется как бы конфузорный участок, а у внешней - диффузорный. При выходе же из криволинейного колена в прямую трубу, наоборот, у внутренней стенки образуется диффузорный, а у внешней - конфузорный участки.

Рис.8.2. Зависимость коэффициента потерь в диффузоре от угла его

раскрытия

Потери в колене складываются из потерь на трение, на образование парных вихрей (см. рис.8.3) и потерь из-за местных отрывов потока. Последние имеют наибольшую относительную величину, вторые - меньшую и, наконец, потери на трение составляют наименьшую долю общих потерь. Таким образом, для уменьшения потерь в колене как и во многих других потоках, прежде всего необходимо ослаблять местные аэродинамические диффузоры, часто приводящие к местным отрывам потока. Затем нужно уменьшить интенсивность вторичных токов, образующих парные вихри, и только после этого заботиться об уменьшении сил трения.

Из большого разнообразия путей уменьшения потерь в коленах следует привести два наиболее распространенных - увеличение относительного радиуса закругления для криволинейных поворотных колен и установка в коленах направляющих лопаток. Первый путь не всегда желателен по конструктивным соображениям. Второй - установка направляющих лопаток - широко применяется и все больше используется в установках и машинах.

Рис.8.3. Образование вихрей в колене

Для криволинейных поворотов потока существенны радиусы кривизны внешней и внутренней стенок, форма поперечного сечения, соотношение площадей входного и выходного сечений и др.

С целью уменьшения габаритов машин часто применяют сильно изогнутые, прямоугольные и даже остроугольные колена. Для уменьшения потерь и выравнивания поля скоростей за коленом используются профилированные и непрофилированные направляющие лопатки, устанавливаемые на поворотах. Правильная установка таких лопаток позволяет значительно снизить сопротивление. Иногда коэффициенты гидравлического сопротивления при этом уменьшаются в 3-5 раз.

Следует отметить, что потери в колене с лопатками, установленными наилучшим образом, не могут быть меньше потерь в криволинейном канале с бесконечно большим радиусом кривизны. Следовательно, для достижения минимума потерь желательно все же использовать колено с большим радиусом, если это возможно. Постановка направляющих лопаток особенно эффективна тогда, когда безразмерный радиус кривизны меньше единицы, т.е. r/b < 1, где r - средний радиус кривизны канала, b - высота канала.

Если r/b > 1, то постановка лопаток и любое изменение формы колена не приводят к существенному снижению потерь.

Дата добавления: 2013-12-13