2.3. Индивидуальные характеристики лопастных машин

В реальной машине в отличие от теоретической имеются потери энергии (гидравлические, объемные и механические). Построенная с учетом потерь графическая зависимость напора, мощности и КПД от подачи при постоянных частоте вращения, вязкости и плотности жидкости на подводе называется действительной индивидуальной характеристикой турбомашины.

Потери напора от трения жидкости о стенки проточной части, завихрений потока и при отрыве потока от изменения величины или направления его скорости оказывают решающее влияние на напорную характеристику.

Известно [3,6], что потери напора на трение в канале произвольной формы

H_тр = (l²/R2g),

где  – коэффициент потерь; l и R – длина и гидравлический радиус канала;  – средняя скорость в потоке.

Получим

(34)

где S – площадь сечения трубопровода.

Потери на вихреобразование и удар наблюдаются в потоке на входе и выходе из колеса при уменьшении или увеличении производительности машины от номинального значения. Так как вокруг лопасти образуется циркуляция, а ее скорость может оказаться больше транзитной скорости потока, то происходит обратное движение и отрыв потока с вихреобразованием и потерями напора _вх.

Рис.21. Картина скорости при входе в колесо для определения потерь энергии на удар

На рис.21 показана картина скорости при входе в колесо, характеризующая потери напора на удар. Если при постоянной скорости вращения расход отличается от номинального, т.е. С_r1  (C_r1)_ном или С_r1  (C_r1)_ном , то при вступлении текучего на кромку лопатки абсолютная скорость внезапно отклонится от радиального направления и превратится в абсолютную скорость С^'_. Это сопровождается ударом потока о внутреннюю или внешнюю кромку лопатки и потерями напора _уд.

Таким образом, напор реальной турбомашины может быть описан уравнением

Н = Н_т – (Н_тр + Н_вх + H_уд). (35)

Отношение реального напора к теоретическому представляет собой гидравлический КПД _г = Н/Н_т.

Кроме рассмотренных выше, имеется ряд других потерь: потери энергии на трение дисков колеса о жидкость или газ; потери на утечки вне машины и перетечки внутри машины; механические потери на трение в подшипниках и в сальниковых уплотнениях.

Эксплуатационный КПД турбомашины равен

_э = _г_диск_о_мех, (36)

где _г, _диск, _о, _мех – гидравлический, дисковый, объемный и механический КПД.

В действительной машине практически невозможно разделить перечисленные потери из-за сложной взаимосвязи и влияния различных факторов друг на друга.

Действительные величины напора и производительности отличаются от расчетных, поэтому расчетные индивидуальные характеристики строят только для отыскания решения принципиальных вопросов при создании новых конструкций турбомашин и для предварительной оценки их аэрогидродинамических качеств.

Рис.22. Действительная индивидуальная характеристика центробежного вентилятора

При выборе машины для заданных условий работы и решении практических задач пользуются эксплуатационными индивидуальными характеристиками, полученными опытным путем при испытаниях турбомашин на специальных заводских стендах или непосредственно на предприятии. На рис.22 показан примерный вид таких характеристик шахтного центробежного вентилятора по полному и статическому КПД.

Действительные индивидуальные характеристики турбомашин изменяются со временем, что вызвано износом деталей машин. Некоторые характеристики при износе изменяются примерно также, как при уменьшении скорости вращения рабочего вала и получаются только опытным путем.

При эксплуатации всех машин необходимы периодические испытания с целью определения их действительных характеристик.