книги из ГПНТБ / Ушаков, Константин Андреевич. Аэродинамика осевых вентиляторов и элементы их конструкций

лены, если выбрать п<^0,5. При этом произойдет уменьшение

к. п. д. вентилятора, которое можно оценить по формуле

Например, при 7/т = 0,8 и Дт]л = 0,5% первое колесо может быть рассчитано на /7Т1 = 0,355, а второе на /7т2 = 0,445 (вместо

/7Т1 = Ят2 = 0,4).

Рис. 58. График для выбора величины теоре­ тического давления в рабочих колесах встреч­ ного вращения

§ 6. ПРИМЕРЫ ВЫБОРА РАСЧЕТНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПО ЗАДАННЫМ ДАВЛЕНИЮ И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

Приведем два примера выбора параметров.

139

Судя по величинам Н и Q вентилятор может быть выполнен

одноступенчатым, а если не нужно регулирования на ходу, то и

т. е. вторым членом можно было бы пренебречь, что упро­

140

141

Выбираем схему двухступенчатого вентилятора с входным НА, закручивающим поток против вращения. Это облегчит вы­

полнение вентилятора на столь высокое значение Н\ входной ап­ парат вместе с промежуточным дадут возможность получить большую глубину регулирования вентилятора на ходу.

Са опт — 0,63.

Как видно из вычислений, вторым членом в фигурной скобке выражения (151) и здесь можно без ущерба пренебречь, что значительно сокращает вычисления.

Относительный диаметр втулки

Принимаем /г2 = 0,3.

Определим к. п. д. вентилятора по формуле (154):

= 1 —0,137 — 0,0017 = 0,86;

величина

142

Глава V

ПРОФИЛИРОВАНИЕ ЛОПАТОЧНЫХ ВЕНЦОВ

Когда не было ни систематических испытаний плоских реше­

ток, ни хорошо разработанной теории их потенциального обте­ кания, применялся метод профилирования, основанный на имев­ шихся результатах многочисленных испытаний изолированных профилей [10], [31] и др.

Этот метод был широко распространен и применялся также для профилирования компрессоров, где он получил свое даль­ нейшее развитие [32], [33] и др.

По мере развития аэродинамического расчета стало обнару­ живаться, что в ряде случаев не удается получить заданный по­ ток, особенно при проектировании вентиляторов с хСу > 1,0.

При расчете густых решеток профилей еще ранее [22] ре­ комендовалось рассчитывать их по канальной теории (которую называют также струйной) в предположении, что поток поки­ дает решетку по направлению касательной к средней линии про­ филя при выходе. Канальная теория также получила свое раз­ витие в ряде работ.

Однако, даже при густотах т^>1,5 угол отставания потока аг не равен нулю и может достигать больших значений, а выбор излишне большой величины т ведет к росту потерь и к увели­ чению веса. Условия входа также значительно влияют на потери в канале.

За последнее время весьма широкое распространение полу­ чили экспериментальные и теоретические работы по плоским решеткам профилей. Эти работы достигли такого состояния, что в настоящее время профилирование лопаточных венцов всевоз­

можных параметров ведется, как правило, только на основании имеющихся работ по решеткам профилей.

Среди теоретических работ по решеткам, нашедших широкое применение в профилировании, часть сделана с использованием способа конформных отображений (см. гл. I, [34], [19] и др.),

часть — на основе замены профиля в решетке вихревой поверх-

144

ностью [35], [36] и др. Результаты испытания плоских решеток

§ 1. ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ ДИАМЕТР ВТУЛКИ

Величину относительного диаметра втулки d при заданной

производительности Q стремятся сделать возможно меньшей, так как это способствует уменьшению диаметра вентилятора.

Уменьшение d часто ограничивается конструктивными соображе­ ниями, связанными с размещением данного числа лопаток, осо­ бенно при выполнении их поворотными, как это обычно и де­ лается, например, у шахтных вентиляторов главного проветри­

вания. Минимальная величина d может также ограничиваться

условием размещения электродвигателя во втулке НА, как это,

например, бывает у вентиляторов частичного проветривания.

Выше отмечалось, что при расчете вентилятора на постоян­ ную циркуляцию по длине лопатки наибольшая величина про­ изведения тСж получается у втулки, так как здесь создается та­ кое же давление, как и на периферии, но при меньших окруж­ ных скоростях.

В ряде работ [19], [28] утверждается, что допустимая ве­ личина (тСу)вт.тах при заданном d ограничивает значение R

и са, а при заданных Н и са ограничивает минимальный диа­ метр втулки.

Испытания показывают, что во вращающейся решетке лопа­ ток отрыв потока, особенно у втулки и на конце, происходит иначе, чем на крыле и в невращающейся решетке [39], [45].

При этом величина (^Су)вт. тах может сильно возрастать.

Каких-либо четких рекомендаций по допустимым значе­ ниям (тС )вт еще нет. Обычно вентиляторы выполняются при значениях (тСу)вт < 1,5, Редко (tCylBT достигает значения 2,0.

Затягивание отрыва у втулки объясняется отсасыванием по­ граничного слоя от околовтулочной части лопатки под действием на него центробежных сил. •

Можно предположить, что с уменьшением величины d это отсасывающее действие центробежных сил должно возрастать.

По заданным Нт и са можно подсчитать значение (тСж)вт

у рабочего колеса (величину несколько бдльшую, чем (i:Cy)BT, так как Сж > Су из-за потерь трения) при разных d.

Такие расчеты были выполнены в характерном диапазоне величин 77т, са и d для различных схем осевых вентиляторов.

Рис. 60. Зависимость ('Сж)вт от са для разных d и Н„

НА 4- К + СА, НА + К, пг = — 0,5

146

Здесь следует также сказать о влиянии величины d на фор­ му аэродинамической характеристики вентилятора.

Если у данного вентилятора изменять величину d путем уко­ рочения лопатки со стороны корня или периферии, сохраняя расположение остающейся части лопатки относительно оси ко­ леса, то наклон аэродинамической характеристики изменяется

[42]. В рабочем колесе, рассчитанном на постоянную циркуля­

цию по длине лопаток, при возрастании d за счет укорочения лопатки со стороны корня характеристика становится круче, а

при увеличении d за счет укорочения с конца — положе. На рас­ четном значении са величина d, естественно, не влияет на зна­

чение Ят и поэтому при разных d характеристики Нт (са ), а

также Н(са) (с точностью до влияния изменения к. п. д. при разных d) должны проходить через одну точку. Изменение на­

клона характеристик обусловлено изменением наклона 77т (са) [см. выражение (136) и гл. III, § 5].

Так как решетки, расположенные на различных радиусах,

имеют различный наклон 77т. эл (са), то при исключении тех или иных участков лопаток по-разному меняется и наклон харак­ теристики венца. Оказывается, что характеристика решетки на среднем радиусе хорошо отражает характеристику венца

в целом. На рис. 61 приведены [42] характеристики /7т(са) ра­

бочего колеса, экспериментальные и рассчитанные интегриро­ ванием по радиусу по формуле (137) при значениях 3 = 0,5; 0,6 и 0,7, полученных за счет удаления корневых сечений ло­

патки. Тем же нанесены характеристики, рассчитанные по фор­ муле (136) так, что вместо г подставлялась для каждой втулки

Как видно, имеет место удовлетворительное совпадение экспе­ римента с расчетом, в том числе с расчетом по среднему радиусу.

На рис. 62 приведены [42] характеристики колеса, пред­ ставленные в виде 7V(Q), /7К (Q), *^(Q) при разных d. Как видно, с увеличением d значительно сужается диапазон про­

Бывают случаи, когда лопатка у втулки работает с низким

к. п. д.; при этом некоторое увеличение d за счет изъятия из ра­ боты околовтулочных сечений не только не приведет к пониже­ нию к. п. д. вентилятора, но даже может несколько его увели­

чить.

Это может быть тогда, когда закрученный поток в области втулки не течет согласно принятому закону распределения ско-

ростей, а отрывается, образуя застойные вихревые зоны, кото­ рые являются источником потерь давления.

В работе [107] приводится зависимость для определения ми­

нимально допустимого значения d в функции соотношения ме­ жду осевой скоростью потока и скоростью его закручивания, при

котором уже не образуется отрыв потока. В работе [89] эта за­

висимость принимается за оптимальную и используется при оп­ ределении оптимальных значений производительности и теоре­ тического давления одноступенчатых осевых вентиляторов схем К, К + СА, а также НА + К. Как указывается в работе [107],

допустимая величина d зависит также и от того, свободно ли

148