Зависимость коэффициента потерь от соотношения площадей

	0,5	0,8	1,0	1,5
	0,7	1,0	1,2	2,2

Приведенные выше данные получены для колен с прямоуголь­ным поперечным сечением ( = 4).

Видно, что влияние степени расширения канала на потери в колене очень велико. При изменении от 0,5 до 1,5 коэффициент потерь увеличивается более чем в три раза. Наиболее интенсивный рост потерь происходит в диффузорных коленах.

Отметим, что потери энергии в колене с расширением больше, чем суммарное сопротивление в последовательно расположенных обычного поворота и внезапного расширения потока.

Колена со вставками

При необходимости умень­шения габаритов, а следователь­но, радиусов кривизны поворотных колен, часто прибегают к сильно изогнутым или даже прямоугольным, и остроугольным каналам. Для уменьшения значительно возрастающих при этом потерь и улучшения одно­родности поля скоростей за ко­леном в последние годы широко используются различные профи­лированные и непрофилированные направляющие лопатки, устанавливаемые на повороте.

На рисунке 5.12 показано изменение квадратного колена при = 0 в зависимости от положения одной лопатки.

На рисунке 5.13 приведены кривые изменения коэффициента со­противления в зависимости от для квадратного трубопровода при различных числах оптимально расположенных лопаток.

Как видно из рисунка 5.13, вводить большое число лопа­ток не имеет смысла: для радиусов закругления достаточно установить три-четыре лопатки, а для — две, а для — одну лопатку.

Из рисунка 5.13 также следует, что для приме­нение направляющих лопаток не снижает сопротивления.

Рисунок 5.12. Зависимость коэффициента потерь в колене от местоположения одной тонкой пластинки

Рисунок 5.13. Потери в колене в зависимости от

Для того чтобы оценить роль направляющих лопаток в сни­жении потерь, приведем сводную таблицу результатов опытов, произведенных с самыми разнообразными поворотными коленами (см. таблицу 5.2).

В таблице 5.2 приведены результаты опытов с поворотом потоков на 90 и 180° при сохранении входных и выходных площадей попе­речных сечений, при отсутствии и при наличии лопаток на пово­роте. Расположение лопаток показано в конце таблицы. В послед­ней графе таблицы дано понижение коэффициента сопротивления колена после установки лопаток. Число Re при опытах, вычислен­ное по величине расходной скорости и стороне , было равно .

Установка лопаток на повороте сильно снижает потери в ко­лене. В приведенных в таблице 5.2 случаях коэффициент потерь после установки лопаток уменьшался в 4—5 раз.

Не менее поразительное влияние оказывают лопатки при по­воротах потоков с расширением. Этот случай имеет весьма важное практическое значение, так как несмотря на то, что диффузор на повороте приводит, как было прежде отмечено, к значительному повышению потерь, во многих практических случаях конструк­торы вынуждены строить колена с расширением. Такими являются все патрубки газовых и паровых турбин, отсасывающие трубы гидравлических турбин и много других элементов различных машин и сооружений.

В таблице 5.2 приведены результаты опытов с поворотом потоков при наличии диффузоров. Снижение потерь при установке лопа­ток и в этом случае весьма велико и составляет 60—80%.

Обращает на себя внимание случай поворота потока с помощью одной непрофилированной лопатки по схеме д (таблица 5.2). Очевидно, такой поворот, хотя и снижает коэффициент потерь, но незначительно.

Так как потери в колене с направляющими лопатками, расположенными наилучшим образом, не могут быть меньше потерь в криволинейном канале со сколь угодно большим радиусом кривизны, то для получения минимума потерь установку направляющих лопаток следует рекомендовать только в случае, когда по каким-либо причинам нельзя делать колено с большим радиусом.

Из анализа кривой изменения коэффициента потерь в зави­симости от радиуса кривизны для нормального колена (рисунок 5.4) можно сделать вывод о том, что для снижения потерь установка направляющих лопаток может быть особенно эффективной лишь в том случае, когда безразмерный радиус кривизны не может быть сделан больше единицы, т. е. когда < 1.

В случае, когда можно сделать больше единицы, установка лопаток и любое изменение формы колена не может дать сколько-нибудь значительного снижения потерь.

В коленах с уменьшающейся площадью этот предел может быть существенно снижен. Так, при поджатии n = 2 не следует устанавливать лопатки при 0,25.

Такой вывод естествен, так как любые направляющие лопатки, поставленные в колено, увеличивают сопротивление трения, но при сильных поворотах они значительно снижают местное сопротивление. При малых поворотах, т. е. при больших радиусах кривизны, местные отрывы отсутствуют, поэтому сопротивление трения является существенной составляющей полного сопротивления.

Число лопаток в колене может быть определено по одной из следующих формул:

(5.1)

(5.2)

(5.3)

Если заданной считать величину хорды, то число лопаток опре­деляется по формулам:

Количество лопаток, вычисленное по формуле (5.1), обычно называют нормальным, по формуле (5.2) — оптимальным и по формуле (5.3) — минимальным. В первом случае лопатки обычно размещаются равномерно, т. е. на одинаковом расстоянии одна от другой.

Таблица 5.2