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

вытекает закрученная струя или она испытывает влияние нахо­ дящегося на ее пути лопаточного венца. Например, для схемы К -|- СА закрученная струя за колесом несвободна в осевом направлении: она встречает СА, а для схемы К она свободна.

Рис. 63. Зависимость величины функции_ Ф и среднего радиуса <ф от значения d

149

Обычно при выборе значений параметров Нт, са, пх и п2

величина d, выбранного из других соображений, больше мини­ мально допустимой, которая определяется по кривым рис. 63.

Однако после выбора всех параметров целесообразно сде­ лать проверку, пользуясь таблицей и этими кривыми.

§ 2. ГУСТОТА РЕШЕТКИ И УГОЛ АТАКИ В РАЗЛИЧНЫХ ВЕНЦАХ

После расчета величины тСж в различных сечениях по длине

лопатки необходимо выбрать величину густоты т (или, что то

же, величину Сж) в каждом из расчетных сечений. Как показы­ вает опыт, выбор т не может быть произвольным.

В решетке данных параметров (т, ©, f, с, d), обтекаемой по­ током реальной среды, может быть достигнута вообще опреде­ ленная максимальная величина коэффициента подъемной силы Сутах. Это приводит к первому возможному условию для выбора величины т. Она должна быть такой, чтобы величина Су не пре­

вышала Сущах .

При некотором угле атаки обратное аэродинамическое каче­ ство решетки достигает своего минимума, что примерно соответ­

ствует и максимуму к. п. д. решетки. Величина Су при этом всегда меньше Сутах. Выбранная величина т должна быть та­

кой, чтобы Су соответствовал максимальному к. п. д. решет­ ки— это второе возможное условие для выбора т.

В большинстве случаев в некотором диапазоне углов атаки сц, а значит, и значений Су к. п. д. решетки изменяется слабо. Однако всегда нужно стремиться выбрать столь большое зна­ чение Су (т. е. столь малое значение т), чтобы к. п. д. был бли­

зок к максимальному и имелся достаточный запас в величине Су' до срыва. Этим будет обеспечена минимально возможная сум­

марная ширина лопаток bz = 2ягт.

Однако вопрос выбора густоты и угла атаки осложняется

тем, что параметры, от которых зависит их выбор, сами еще не

определены (0, /) и главным образом тем, что пока нет доста­ точного количества характеристик кольцевых решеток, получен­ ных в реальных условиях работы лопаточных венцов, на осно­ вании которых можно было бы выработать рекомендации по ра­ циональному выбору этих величин.

В настоящее время наибольшее распространение получили рекомендации по выбору густоты решетки, основанные на ре­

зультатах испытаний плоских решеток [18], [37] с внесением не­ которых поправок на положение решетки по длине лопатки [13]. Обработка результатов большого числа испытаний таких реше­ ток показала, что на номинальном режиме обтекания решетки, при котором отклонение потока Д|3 = О,8Д(Зтак, оптимальная гу­ стота решетки главным образом зависит только от угла выхода потока Рг, который также называется номинальным.

150

На рис. 64 приведен график, по которому по заданным зна­ чениям Др и р2, принимаемым за номинальные, определяется густота т. Для решеток, расположенных у втулки и на перифе­ рии, рекомендуется [13] допускать отклонения до 0,86 Дртах и 0,76 А|Зтах соответственно, что приводит к выбору относительно меньшей густоты у втулки и большей на конце.

Выбор густоты решетки по такому способу приводит для ра­ бочих колес осевых вентиляторов, как правило, к преувеличеченным ее значениям.

Эту формулу можно преобразовать так, чтобы в нее непосредственно вошла густота т:

2НТ sin2 32

'К sin (?„ + «) ’

Рекомендации по выбору густоты, основанные на испытаниях плоских решеток, обладают тем существенным недостатком, что они не учитывают работы решетки в реальных условиях лопа­

точного венца.

На основании экспериментальных материалов, полученных С. А. Довжиком на дренированных рабочих колесах, для трех сечений по длине лопатки: у втулки, на среднем радиусе и на периферии могут быть построены зависимости (тСу) тах в функ­ ции т (рис. 65). Зависимости такого рода могут служить одним из критериев для выбора густоты. Как видно, для испытанных решеток не удается достичь максимума допустимой нагрузки

у втулки, в то время как на конце и на среднем радиусе он явно

выражен. Видно, что на периферии следует выбрать густоту v«l,3; в среднем сечении 1,54, а у втулки большую 2,0.

Если проектируемые решетки имеют параметры, близкие к испытанным, то выбор таких значений густоты для них обеспе­

чит наибольший запас до срыва (при этом, очевидно, расчетное значение тСу в каждом случае должно быть меньше тСутаД. Как

151

Рис. 66. Аэродинамические характеристики кольцевых решеток, расположен­ ных на разных г:

f = 0,063); в — характеристика кольцевой решетки на периферии (г~= 0,96; т = 1,3; /"= 0,0495)

При выборе густоты и угла атаки должно удовлетворяться

также требование получения максимально большого к. п. д. ре­

шетки.

152

На рис. 66 приведены характеристики кольцевых решеток, по­ лученные [45] на вращающемся рабочем колесе в трех сечениях по длине лопатки: у втулки, на среднем радиусе и на конце. Столь различное протекание кривых по углу атаки объясняется главным образом не разной величиной параметров решетки,

а положением решеток по длине лопатки.

Аналогичные испытания решеток других параметров показы­ вают, что для сечений у втулки выгодно принимать положитель­

ные углы атаки при входе, могущие достигнуть значительной величины, для средних сечений следует принимать небольшие

положительные 3—5° и на конце — небольшие отрицательные.

График для выбора углов атаки, полученный по испытаниям плоских решеток и рекомендуемый для углов выхода потока, лежащих между 50 и 90°, приведен в работе [18]; он учитывает только влияние параметров решеток.

В некоторых других методах профилирования, построенных по данным теории потенциального обтекания решеток из ду­ жек окружности [19], [36], а также решеток из телесных профи­

лей [34] угол атаки не выбирается, а получается из условия так называемого безударного входа потока. Так, для решеток из дужек это угол атаки щ скорости Wi такой, при котором мест­ ный угол атаки у носика профиля (благодаря искривлению ли­ нии тока вблизи носика профиля) равен нулю. Как правило, углы атаки при этом получаются отрицательными и довольно значительными по величине.

При профилировании входных НА, представляющих собой конфузорные неподвижные кольцевые решетки, результаты, по­ лучаемые на плоских решетках в отношении выбора густоты и угла атаки, могут быть использованы в значительно большей степени, чем для рабочих колес. Как показывает опыт [46], тече­ ние в кольцевых конфузорных решетках, за исключением очень малых участков у втулки и на конце, происходит так же, как в соответствующих плоских решетках. Удельный вес потерь на этих участках в общих потерях в вентиляторе незначителен.

Входной НА обтекается потоком при неизменном угле атаки на всех режимах работы вентилятора, т. е. он все время рабо­ тает при расчетных условиях.

Несмотря на то, что в связи с этим выбор угла атаки и гу­

стоты для НА представляет собой более простую задачу, чем для колеса, четких рекомендаций по их выбору нет.

Испытания плоских конфузорных решеток профилей с пара­ болической средней линией показывают, что для такого класса профилей с точки зрения минимума потерь в НА целесообразно выбирать небольшие положительные углы атаки при входе [47].

В работе Е. Я. Юдина [25] расчет направляющих аппаратов построен на данных теории потенциального обтекания решеток из дужек окружностей при условии безударного входа [48]. При этом угол атаки при входе получается отрицательным.

155

Опыт показывает, что углы атаки для решеток входных НА,

имеющих средней линией дугу окружности, могут приниматься или равными нулю, или небольшими отрицательными —2-:----3°.

Величины тСж для НА на среднем радиусе могут быть допущены большие, чем для колес. Значения Сж можно выби­ рать в пределах 1,1 —1,2. Для НА, рассчитываемых на посто­ янную циркуляцию по радиусу, величина Сж по длине ло­ патки изменяется незначительно.

Для диффузорных промежуточных НА рекомендации по вы­

густоты и угла атаки осложняются из-за деформации поля ско­ ростей при входе в СА, которая к тому же меняется при изме­ нении режима работы. Обычно СА рассчитывают без непосред­

ственного учета этих особенностей.

Углы выхода потока из СА обычно бывают равными 75—90°.

Как видно из испытаний плоских решеток (см. рис. 65/), при этом при заданном повороте потока могут выбираться относи­ тельно меньшие густоты, т. е. большие значения Сж, чем для

О4-3°.

Величина Сх по длине лопатки СА, как и в НА, обычно из­ меняется незначительно.

.154

§ 3. ПОПРАВКА НА ВЯЗКОСТЬ ВОЗДУХА. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ ПОТЕНЦИАЛЬНОГО ОБТЕКАНИЯ ПЛОСКИХ РЕШЕТОК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА УСТАНОВКИ И КРИВИЗНЫ ПРОФИЛЯ

Так как определение угла установки и кривизны профиля производится на основании данных потенциального обтекания решетки профилей несжимаемой жидкостью, то треугольники

скоростей должны быть рассчитаны с поправкой на вязкость. В гл. I, § 3 было показано, как влияет вязкость на треугольник

скоростей при выходе из решетки.

Так как вязкость приводит к уменьшению циркуляции вокруг

профиля в решетке по сравнению со случаем его обтекания идеальной средой, то решетку следует рассчитывать на вели­ чину циркуляции ГИД=£Г, где k >>1,0. Теоретические методы определения коэффициента k весьма громоздки и малорезуль­ тативны [49]. Величина k зависит от параметров решетки, от

режима ее обтекания, а также от Re. Из обработки испытаний Т49] различных плоских диффузорных решеток при угле атаки cti = 0 и Re = (2,0 -т- 4,0) 10ь следует, что примерный диапазон

изменения k~ 1,07 -ь 1,16. Большим углам установки 0 при дан­ ном т, а также большим густотам т при данном 0 соответствуют меньшие значения k. Для конфузорных решеток величина k по данным испытаний плоских решеток изменяется в пределах

1,02—1,05.

Как показывает опыт по испытаниям кольцевых конфузор­ ных решеток, величина k для них может приниматься равной

единице.

Для кольцевых диффузорных решеток рабочих колес и СА пока не представляется возможным дать более точные реко­ мендации, чем полученные для плоских решеток. Можно при­

в реальном венце изменяются по радиусу, то и поправка должна быть разной для различных сечений. Однако учитывая, что с увеличением густоты обычно увеличивается и угол установки

(для лопаток рабочих колес, рассчитанных на постоянные по радиусу циркуляцию и са), а также приближенность по­

'решетки |5—7 сечений лопатки по радиусу приступают к опре­ делению угла установки и кривизны профиля.

При расчете графиков (рис. 14—20) была использована си­ стема отсчета углов, принятая обычно в теории плоских реше­ ток, при расчете же вентиляторов необходима иная система от­

счета. ■' J

155

В связи с этим остановимся несколько подробнее на порядке отсчета углов в различных венцах и их связи с углами, ука-

занными на графиках рис. 14—20. Правило отсчета углов для абсо­

то

а— а0 = !)„ — р

ивыражение (29) для Су примет вид

Рис. 69. Порядок отсчета углов в различных венцах:

а — колес; б — СА; в — НА

где выражается через соответствующий угол для решетки колеса, СА и НА, закручивающего поток против направления вращения по формулам:

= 90 — = 90 — 8СА«,; = 90 — оНА~ (для пх < 0)г

156

а для НА, закручивающего поток по направлению вращения, по

формуле

данном сечении г должны быть заданы следующие величины:

(рис. 5). Однако этого еще недостаточно. Необходимая величина

Сжпри данных т, рос, с может быть получена или при большей кривизне и меньшем угле атаки, или, наоборот, при меньшей кривизне и большем угле атаки, т. е. при бесчисленном мно­

жестве пар значений f и 0 в зависимости от выбранного угла атаки. Таким образом, должен быть еще задан и угол атаки си

или, как говорят, заданы условия входа.

На рис. 70 изображены условия входа потока для различных венцов. Как видно, связь между углами скоростей и углами ата­

чения а0. По этим данным рассчитываются Су и 0, и для каж­ дого значения f строится кривая Су(0к)_(рис. 71, б). Проведя

прямую Су — Сж, получают зависимость /(0К) (рис. 71, в).

По заданному а, и известному Pi рассчитывается для тех же

7 = — tgy другая зависимость /(0К). Зависимости /(0К) всегда

линейны.

Точка пересечения двух полученных прямых и определяет

157