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

Рис. 79. Распределение осевых скоростей и теоретического дав­ ления по радиусу при переменной циркуляции во всех венцах вентилятора схемы НА + К + СА:

] — при постоянном распределении циркуляции по радиусу и отсутствии потерь; 2—при переменном распределении циркуляции и отсутствии по­ терь; 3 — при переменном распределении циркуляции и переменно.м к. п, д.

по радиусу в венцах

Рис. 80. Распределение тСж в решетках НА, К, СА при пе­ ременной и постоянной по радиусу циркуляции в венцах

тем более резко выражена неравномерность распределения с(1

по радиусу.

Это, как известно, хорошо подтверждается опытом: у вен­ тилятора, рассчитанного на постоянную циркуляцию в венцах.

cia практически постоянна по радиусу, так как потери в НА

малы, за рабочим колесом эпюра с2а выпукла в средней части

лопатки; то же, еще в большей степени, имеет место за СА.

Как было видно из рассмотрения ряда общих и частных случаев рас­ чета распределения осевых скоростей по радиусу, при условии отсутствия радиальных скоростей в межвенцовых зазорах, осевые скорости перед вен­ цом и за ним па данном радиусе вообще не равны. Это значит, что в преде-

Рис. 81. Линии тока в проточной части вентилятора при переменной циркуляции в венцах

лах венца скорости потока обязательно должны иметь радиальные состав­

силы.

Для того чтобы частица находилась в радиальном равновесии, градиент

формулу (38)], но и центробежную силу, связанную с перемещением частицы по радиусу Rm со скоростью с,„ :

180

Учет центробежной силы —приводит вообще к уменьшению неравно­

го m

мерности распределения са по длине лопатки.

Вместе с тем следует отметить, что и решение обобщенного уравнения, каким бы удачным оно не было, является приближенным, так как и в его основе лежит допущение о коуговой симметрии и установившемся течении, чего нет в действительности.

ст2

Решения уравнения без члена ~D— используются часто для получения

Кт

приближенных решений обобщенного уравнения [19].

§ 3. ВЕНТИЛЯТОРЫ С МЕРИДИОНАЛЬНЫМ УСКОРЕНИЕМ ПОТОКА

Придание потоку меридионального ускорения является од­ ним из способов осуществления одноступенчатых вентиляторов с высокими значениями коэффициента теоретического давления при достаточно высоком к. п. д. Такие вентиляторы иногда на­ зывают турбоосевыми.

Остановимся на некоторых деталях работы этих вентиля­ торов.

Из треугольника скоростей при входе в рабочее колесо вен­ тилятора имеем

— с1ц)2-4-

откуда

Ц|2 + Cl2 — W,2 = —

Аналогично из треугольника скоростей при выходе полу­

чим

„ _ __ и? + с-? -

---2

Принимая во внимание, что

А/Т = р(гг2с.,„ —

получим

Это выражение справедливо для струйки тока в любом вен­ тиляторе.

Первый член характеризует повышение статического давле­ ния в колесе за счет изменения относительной скорости, второй

член — увеличение кинетической энергии и третий член (напри­ мер, в центробежных вентиляторах)—увеличение статического давления в колесе за счет действия на частицу воздуха центро­

бежных сил.

В обычных осевых вентиляторах cia = c7a,U\ — и2 и из выра­ жения (180) при этом получим, переходя к безразмерным ве­ личинам,

181

На рис. 82 для значений г=0,5 и 0,7 приведены зависимости

ских давлений Ар и больше диффузорность решетки.

Для уменьшения диффузорности решетки колеса при боль­

ших значениях Ят используют увеличение осевой скорости в колесе (с2а>с1а) [54], [55]. При этом разность статических дав­ лений в колесе может быть уменьшена или даже сделана рав­ ной нулю.

Увеличение осевой скорости потока осуществляется суже­ нием меридионального сечения (сечения вентилятора плоско­

стью, проходящей через его ось) проточной части (рис. 83).

Обычно эти вентиляторы выполняют по схеме К + СА,

а входной НА устанавливается только для регулирования и на расчетном угле установки его лопаток не закручивает поток. Однако при необходимости получить еще большее давление

вентилятор может выполняться и по схеме НА + К + СА с за­ кручиванием потока в НА против вращения колеса.

На рис. 84 приведены треугольники скоростей в обычном рабочем колесе осевого вентилятора и в рабочем колесе с ме­ ридиональным ускорением потока в двух случаях:

w.2 < чю2' < Wj; w2 < w2" = Wj.

В первом случае уменьшается диффузорность решетки, а во втором случае решетка становится активной. Во всех случаях скорость закручивания потока в колесе одинакова. Угол выхода потока из решетки с ростом w2 увеличивается.

на лопатки тСж = ^^- уменьшается, так как

=+ сгт^ +

увеличивается ввиду роста с2пл.

СА обычно устанавливается уже в цилиндрической части меридионального сечения (см. рис. 83), так что с3т — с2т. В его решетке угол поворота потока при данном угле выхода умень­

шается по сравнению с обычным случаем; нагрузка (тСж)СА =

182

Рис. 82. Зависимость теоретического перепада статических дав­ лений в колесе от теоретического давления вентилятора при разных П1

Рис. 83. Схема вентиля­ тора с меридиональным ускорением потока

Рис. 84. Треугольники скоростей в обычном ра­ бочем колесе и в колесе с меридиональным уско­ рением потока при оди­ наковых скоростях при

входе:

w2 < w2 < w, с2т >С2т.‘ w2<

< w2 ~т*’с2т > c2m ’ <

< ^2 < ?2

■ ----- ибычный Ьентипятор ~-\8ентилягпор с меридиональным

— — f ускорением потока

183

При выходе из вентилятора со значительным меридиональ­ ным ускорением потока осевые скорости обычно в 1,5—2,0 раза больше, чем при входе в него, что приводит к большим дина­ мическим давлениям перед диффузором и увеличивает его

значение.

Иногда лопатки рабочего колеса, а также СА, делают раз­ резными, чем добиваются безо рывного обтекания при больших

с меридиональным ускорением и обычного, рассчитанных на

одинаковые Ят и с2т (рис. 85). При этом СА будут нагружены одинаково и иметь одинаковые углы поворота, а рабочее колесо обычного вентилятора будет нагружено меньше, так как у него будет несколько большая средняя скорость при меньшем угле поворота потока, т. е. при меньшей кривизне лопаток. Ноувеличение скоростей само по себе приведет к увеличению потерь.

В работе [55] описан приближенный расчетный способ по­ строения лопатки рабочего колеса с меридиональным ускоре­ нием потока. В этом способе не учитываются изменения окруж­ ной скорости частицы на данной линии тока при ее движении в проточной части и изменение меридиональной скорости по радиусу. Принимается, что последняя постоянна в каждом се­

чении проточной части плоскостью, нормальной к оси вентиля­

184

тора. Предполагается также, что поток покидает лопатку по касательной в задней кромке. Эти и ряд других упрощающих

предположений необходимы ввиду того, что более строгое про­ филирование лопатки, работающей в существенно трехразмер­ ном потоке, представляет большие трудности.

Лопатка колеса строится по струйной теории следующим образом.

Из определенных условий отыскивается линия тока в отно­

Если задан закон изменения са и са, то при данной окруж­ ной скорости и может быть определен закон изменения угла р, а значит, и профиль лопатки.

Примем, что изменение са в проточной части рабочего ко­

Величины С\и, c2u, Рк2 известны из задания на расчет вентилятора.

185

для каждого 0<Хт, чем определяется изменение относи­

тельного диаметра втулки.

Запишем уравнение (187z) в безразмерном виде, отнеся все

«скорости к скорости uR, а все линейные размеры к радиусу R,

вентилятора с меридиональным ускорением потока при произ­

.186

ного колеса с меридиональным ускорением потока. Если в них перейти к безразмерным величинам, то получим выражения

(190) и (191).

В работе [100] приведены характеристики вентилятора с ме­

ридиональным ускорением потока при Ркг^О/Д).

Профиль меридиональных скоростей может быть построен

и более точно с учетом изменения скорости по радиусу.

Для каждой линии тока известен треугольник скоростей, и профилирование может быть произведено не по струйной теории, а обычным способом, но с поправкой на коничность те­ чения.

§ 4. ЛОПАТКИ С ПРИТУПЛЕННЫМИ ЗАДНИМИ КРОМКАМИ

Каналы решетки лопаток с притупленными задними кром­ ками представляют собой криволинейные ступенчатые диффу­ зоры.

В приложении к вентиляторам явления, происходящие в ступенчатых диффузорах, можно осуществить следующим об­ разом.

Предположим, что в некотором отсеке канала, образованного тонкими листовыми лопатками, угол эквивалентного диффу­ зора оказался слишком большим; поток, оторвавшись от одной из его стенок, не отклоняется на заданный угол и давление в нем должным образом не повышается (рис. 86, а).

Кроме того, поток, выходящий из каналов, замедляется за его пределами до скорости, обусловленной шагом решетки и

расходом воздуха, приходящимся на один канал. При этом про­ исходит удар и часть энергии потока теряется.

Таким образом, мы имеем дело и с уменьшением отклоне­ ния потока, т. е. затраченной работы, и с потерями давления при отрыве и на удар, что вместе взятое приводит к значитель­ ному снижению качества вентилятора.

187

Если теперь заменить листовой профиль клинообразным

(рис. 86, б) и выбрать угол клина так, чтобы эквивалентный каналу диффузор получился с допустимым углом расширения,,

то можно добиться расчетного угла поворота, уменьшения по­ терь в самом диффузоре в связи с отсутствием отрыва в нем и, возможно, даже уменьшения потерь удара, так как скорость

выхода из канала может снизиться Были поставлены систематические исследования четырех

вентиляторов, рассчитанных на одно и то же задание (Чг=0,5, <?а=0,5), лопатки которых имели различное притупление задней

ч

Рис. 86. Течение в решетке:

ную 15°.

В результате испытаний этой серии колес было установлено,

была в среднем равна около 12% шага решетки.

Опыты с плоскими решетками, профили которых имели при­ тупленные задние кромки, показали, что в ряде случаев такие

профили дают меньшие потери, чем обычные — с острой задней кромкой. То, что ширина задней кромки может быть сделана любой, дает возможность управлять торможением потока в

188