|
| |
|
Главная Промышленность основаны на использовании коэффициентов потерь, полученных при экспериментальном исследовании каналов различной конфигурации. Специфику течения жидкости в гидротрансформаторе авторы учитывают введением соответствующих поправок к этим коэффициентам. Поправки определяются на основании опыта исследования определенных (но различных) проточных частей, поэтому величины коэффициентов потерь получаются различными, хотя во всех случаях наблюдается удовлетворительное совпадение расчетных и экспериментальных кривых. В. И. Лапидус [34] считает, что изложенный А. П. Кудрявцевым метод расчета можно использовать в случаях, когда имеется готовый трансформатор, близкий по своим свойствам к проектируемому. При различном расчете потерь, вызванных на одном и том же участке различными причинами, не может быть учтено взаимное влияние различных видов потерь, проявляющееся в соответствующем перераспределении скоростей в потоке. Подбирая различные коэффициенты сопротивления и удара, можно получить желаемую точность совпадения напорного баланса с данными испытаний. Однако такое совпадение не является подтверждением справедливости метода расчета, поскольку может оказаться, что для гидротрансформатора другой конструкции напорный баланс сходится лишь при других значениях поправочных коэффициентов. Описанные методы расчета, учитывающие специфику различных проточных частей гидротрансформатора, имеют определенные достоинства, связанные с относительной простотой и надежностью результатов расчета для данного гидротрансформатора, и применяются при их совершенствовании и доводке. К числу недостатков, общих для всех методов расчета потерь в гидротрансформаторе, следует отнести отсутствие общепринятой методики выбора на основании опыта коэффициентов потерь и как следствие этого - невозможность использования опытных данных при расчете новой проточной части, не имеющей близкого прототипа. Одним из методов расчета, широко применяемых в практике турбостроения, является метод теории решеток, основанный на использовании результатов продувки плоских пакетов профилей. Процесс преобразования гидравлической энергии в механическую на лопатках рабочих колес сопровождается потерями: профильными, связанными с явлениями на поверхности профиля; концевыми, возникающими на поверхностях, ограничивающих лопатки по концам (по размаху); объемными; это утечки жидкости через зазоры между лопаточными венцами и корпусными деталями; потерями, связанными с нерациональной организацией потока в ступени. Профильные потери. При обтекании профиля плоским потоком вязкой жидкости возникают потери энергии, обусловленные вязкостью. У поверхности профиля образуется пограничный слой, где скорость потока изменяется от некоторого значения величины скорости да до 0. В этой области потока есть скольжение слоев жидкости относительно друг друга и возникают потери трения, которые составляют большую часть профильных потерь. Пограничный слой может быть ламинарным и турбулентным. В последнем случае потери оказываются большими. При увеличении числа Re пограничный слой становится тоньше. При этом при определенных соотношениях вязкости и скорости потока поверхность становится гидравлически шероховатой: высота неровностей становится больше толщины пограничного слоя и величина шероховатости оказывает влияние на величину профильных потерь. Если течение в межлопаточном канале диффузорное, то может наступить отрыв потока, сопровождающийся особенно большими потерями. Физическую картину явлений, приводящих к отрыву, можно представить как результат торможения потока. При этом величина кинетической энергии потока падает, и возросшее давление вниз по потоку приводит к его отрыву. Связанные с этим явлением потери на профиле особенно велики. Известны случаи, когда отрыв потока на деталях, ограничивающих лопатку по размаху (тор, чаша), не приводили к заметному снижению экономичности колеса, хотя расход и уменьшался. К профильным потерям относятся также кромочные потери, порождаемые конечной толщиной выходной кромки и видом пограничного слоя в этой выходной области. Коэффициенты профильных потерь можно представить в виде суммы где 1тр и 1кр - коэффициенты, учитывающие трение на поверхности профиля и кромочные явления. При отрывном обтека НИИ пр - irp "Ь lorp. Существенное влияние на величину потерь оказывает место расположения минимума давления на профиле. Чем ближе к выходу эта точка на спинке профиля, что приводит к увеличению диффузорной области и области отрыва, тем ниже экономичность профиля. Чем больше падение давления на профиле, тем больше на нем потери. Величина кромочных потерь является функцией относитель- ной толщины выходной кромки б = -, где б - толщина кромки 4» 5) лопатки, а Ь -хорда профиля. Обычно для механически обработанной лопатки гидротрансформатора принимают б = 0,5н-0,3жж, для литых лопаток 6 = 0,5 мм. Выходную кромку лопатки закругляют радиусом, относительная величина которого влияет на величину коэффициента сопротивления профиля. Кромочные потери зависят не только от толщины кромки профиля, но и от отношения этого размера к размеру горла решетки, а кр ~ (0,18 -т- 0,2) А, Шаг решетки. Шаг решетки t влияет на величину профильных потерь. Это влияние видно на эпюре давления, которая определяет протяженность диффузорных участков канала между лопатками. По мере увеличения шага точка минимума давления смещается к входной кромке и увеличивается абсолютная величина разряжения. Однако с увеличением шага поверхность трения уменьшается. Вязкость жидкости также влияет на скорость, которая у поверхности профиля становится равной нулю. По мере удаления от поверхности скорость возрастает, асимптотически приближаясь к величине скорости при свободном скольжении идеальной жидкости. Это явление наблюдается на небольшом удалении от стенки в области тонкого пограничного слоя. В пограничном слое развиваются значительные силы вязкого трения, и в нем касательные напряжения трения изменяются от максимального значения на стенке почти до нуля на небольшом расстоянии от нее. За профилем сбегающий пограничный слой взаимодействует с внешним потоком и образует область подторможенной жидкости, в которой поле скоростей постепенно выравнивается. Эта область называется аэродинамическим следом. Вихревые потери обусловлены наличием местных диффузорно-стей на профиле. Отрыв потока на профиле, связанный с натека-нием, чаще всего происходит вблизи входной кромки. Величина зоны отрыва зависит, в частности, от величины угла атаки. Поскольку на поддержание вихревого движения в зонах отрыва расходуется часть энергии, эти зоны являются источником дополнительных потерь, которые и называются вихревыми. Кромочные потери связаны с конечной толщиной выходной кромки и с отрывом пограничного слоя при сходе с нее. В результате отрыва и взаимодействия слоев, стекающих с вогнутой и выпуклой поверхностей, с внешним потоком за выходной кромкой возникают вихри. На поддержание вихревого движения за кромкой и на перемешивание вихревого следа с ядром потока затрачивается часть кинетической энергии. Профильные потери характеризуются коэффициентом Inp-Этот коэффициент определяется траверсированием потока при испытаниях прямых или кольцевых решеток в аэродинамических трубах. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 [ 15 ] 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 |
