книги из ГПНТБ / Пфлейдерер, Карл. Лопаточные машины для жидкостей и газов водяные насосы, вентиляторы, турбовоздуходувки, турбокомпрессоры

Кроме того, с увеличением числа оборотов граница отрыва все больше приближается к оптимальной точке, соответствующей этому числу

Маха и уменьшается с увеличением числа Маха.

88.ХАРАКТЕРИСТИКА МОЩНОСТИ НА ВАЛУ

Ввыражении (1. 26) для мощности на валу в л. с.

первый член представляет мощность, передаваемую лопатками.

изображаться параболой, проходящей через начало координат,

проходить через начало координат; создается значительная мощ­ ность холостого хода. Общая форма кривых мощности на валу тихоходных машин в значительной степени похожа на вышерас­ смотренные кривые мощности, передаваемой лопатками, хотя допол­ нительные члены уравнения (10. 52), в особенности потери Л'а на обратное движение (обмен импульсами) сильно изменяются в зави­ симости от расхода Vx.

Эта мощность холостого хода составляет тем большую процент­ ную долю нормальной нагрузки, чем меньше угол р2, потому что трение колеса, и потери в зазорах при этом возрастают. Это подтвер­ ждается фиг. 264. С уменьшением угла р2 растет, однако, и удельное число оборотов. Следует заметить, что этот рост мощности холостого

452

хода с увеличением удельного числа оборотов (согласно фиг. 260) наблюдается также при переходе к другим формам колес. У про­ пеллерных насосов с неподвижными (нерегулируемыми) рабочими лопатками и у винтовых насосов мощность холостого хода должна превышать потребную мощность при нормальной нагрузке, так что затрудняется пуск и исключается регулирование путем дроссе­ лирования.

Согласно фиг. 264 мощность холостого хода, в случае применения безлопаточного направляющего аппарата, меньше чем для случая направляющего аппарата с лопатками, потому что

уменьшается потеря Na на обмен импульсами.

Прогрессивное увеличе­ ние расхода мощности у ло­ паток, загнутых вперед, с ро­ стом расхода, протекающего через колесо, может повести, кроме того, к перегрузке привода, если расход (напри­

Поэтому вблизи нормального

Высокие коэффициенты давления дают крутые кривые Nx при небольшой мощности холостого хода, но большой расход мощности при повышенных расходах.

Угол наклона s линий Nх при нормальной нагрузке; определе­ ние линии т]х. Для каждой напорной характеристики можно опре­ делить наклон линии Nx в точке оптимального к. п. д. и тем самым

Вблизи нормальной нагрузки потерями на удар (фиг. 265) можно пренебречь, если только расход при оптимальном к. п. д. не слишком

453

отклоняется от расхода, соответствующего безударному входу что мы и предполагаем. Тогда можно принять

нх = Hthx — Hrx = — T^Hth

так что

dHx _ dHlhx dvx dVx

после замены

напора Hthx.

Для выходной кромки, параллельной оси (в меридиональном

и для наклонной выходной кромки (быстроходной машины) согласно уравнению (10. 44)

Уравнение (10. 54) позволяет определить угол наклона касатель­ ной к кривой Nх в точке оптимального к. п. д. При построении необ­ ходимо обратить внимание на масштаб. Форму остальной части кри­ вой можно легко определить, если учесть, что эта кривая Nх большей частью имеет малую кривизну в практическом рабочем диапазоне. По кривой Nх определяют кривую к. п. д. с помощью уравне­ ния (10. 52а).

454

89. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАБОЧЕЙ ТОЧКИ

Требуемая от насоса высота напора состоит (согласно разделу 1) из неизменной части, т. е. разности высот и разности давления между уровнем воды на всасывающей и на напорной стороне, и из динами­ ческой части — сопротивление трубопровода, которое изменяется в квадратичной зависимости от напора. Вследствие этого требуемая высота напора на диаграмме Vx, Нх изменяется по кривой GB, похожей на параболу (фиг. 266), которая называется характеристи­ кой трубопровода. Очевидно насос работает в точке пересечения В этой линии с напорной характеристикой, соответствующей данному

числу оборотов, где также получается требуемая высота напора. Как правило, необходимо считаться с тем, что эта рабочая точка В не будет совпадать с точкой безударного входа.

Особое значение приобретает определение рабочей точки, когда одновременно несколько насосов работают на одну и ту же маги­ страль. Ввиду того что на характеристической кривой абсциссы представляют расход только одного насоса, то в этом случае на характеристике трубопровода, которая наносится на диаграмму насоса, либо соответственно уменьшаются абсциссы, либо увеличи­ ваются ординаты. Если насосы совершенно одинаковы, то абсциссы характеристики трубопровода следует уменьшить в отношении числа насосов, а ординаты остаются неизменными. На фиг. 267 показаны полученные таким образом характеристики трубопровода для одного, двух и трех насосов, которые обозначены I, II и III. Следовательно, рабочие точки Blt ВгиВ3 смещаются таким образом, что с увеличением числа насосов подача отдельных насосов умень­ шается, например, с Ц до V3, когда работают три насоса вместо одного. Поэтому при одновременной работе п насосов (при неизмен­ ном числе оборотов) по одному и тому же трубопроводу подается далеко не «-кратное значение расхода одного насоса. Кроме того, безударный вход возможен только при одном из рассматриваемых рабочих режимов. Разница, очевидно, становится тем больше, чем

455

более пологую форму имеет характеристическая кривая, с одной стороны, и, с другой стороны, чем больше динамическая часть потреб­ ной высоты напора.

При переменном режиме и одновременной работе нескольких лопаточных насосов рекомендуется применять насосы с круто падаю­ щими напорными характеристиками и большие трубопроводы, в то время как пологая форма характеристики представляет преиму­ щество для однонасосной установки в случае дроссельного регули­ рования.

Эти процессы необходимо принимать во внимание также при совместной работе лопаточных и поршневых насосов. В этом случае рабочую точку В определяют тем, что характеристику тру­ бопровода смещают на вели­ чину постоянного расхода Vk0

характеристик, сколько применено насосов, то наиболее целесо­ образно оставить неизменной характеристику трубопровода и для отдельных напорных характеристик построить суммарную кривую путем сложения абсцисс Vx, принадлежащих одинаковым значе­ ниям Нх. В точке пересечения этой суммарной кривой с характе­ ристикой трубопровода получается определяющее значение Нх и отсюда на основании отдельных напорных характеристик опреде­ ляется распределение расхода по отдельным насосам.

Как правило, трубопровод, присоединенный к отдельным насо­ сам, также не является всюду точно одинаковым; каждый насос имеет свой всасывающий трубопровод и для всех насосов является общим не весь напорный трубопровод, а только какой-то его участок. В подобном случае отдельные напорные характеристики перечерчи­ вают таким образом, что они учитывают сопротивления, включая разность высот вплоть до точки ответвления трубопровода, начиная с которой трубопровод является общим для всех насосов, и включают

сводится к определению совместной работы неодинаковых насосов. При наличии более двух насосов необходимо ориентировочно опре­ делить сопротивление частей трубопровода, питаемых не одним,

1 Так называемое «построение характеристик насосов, приведенных к общей точке». Прим, ред,

456

а несколькими насосами. О других требованиях, предъявляемых в случае параллельной работы, изложено в разделе 91.

Изложенные выше соображения можно без труда перенести на случай подачи газа, но только при условии исчезающе малого изменения объема при протекании по данному трубопроводу. При высоких степенях сжатия необходимо объемную подачу рассматри­ вать по состоянию газа в рассматриваемом трубопроводе.

Эквивалентное сопло. В некоторых случаях, напри­ мер, у воздуходувок, создаваемый напор служит только для преодо.- ления сопротивления трубопровода, так как статическая часть напора отсутствует. Тогда характеристика трубопровода предста­ вляет параболу с вершиной в начале координат, т. е. линию постоян­ ных условий входа в колесо, и, согласно выводу в конце раздела 84,

тов. Для оценки общего сопротивления воздухопровода в этих слу­ чаях используют понятие «эквивалентных сопел» (см. правила испытания компрессоров по немецкому стандарту), которые создают такое же сопротивление протеканию воздуха, как рассматриваемый воздухопровод. Сечение сопла при хорошем округлении, когда

90. ПРОЦЕССЫ ПРИ ВЫКЛЮЧЕНИИ ПРИВОДА. ВЫБЕГ НАСОСА. ЧИСЛО ОБОРОТОВ ОБРАТНОГО ХОДА

В случае длинного трубопровода необходимо особо обратить внимание на явления, возникающие при выключении или разрыве электрического тока, связанные с влиянием массы воды и опреде­ ляемые тем, что число оборотов насоса снижается быстрее, чем скорость воды в трубопроводах. Большой столб воды в трубопро­ воде перемещается тогда под действием сил инерции, а насос создает сопротивление этому течению, вследствие чего в начале напорного трубопровода происходит падение давления; это может привести к образованию разрежения в начале напорного трубопровода или, что еще более вероятно, в какой-либо высоко расположенной точке изгиба трубопровода и, в конце концов,привести к обрыву потока или к сплющиванию трубопровода [310]. Вследствие упругости воды и стенок трубопровода этот процесс протекает в виде волн

457

давления, распространяясь по трубопроводу со скоростью, равной скорости звука, соответствующей общей упругости системы; перво­ начально волна пониженного давления перемещается от насоса к напорному резервуару, там отражается как волна повышенного давления, вследствие чего и в насосе возникают вредные повышен­ ные давления. Теория этих волн давления была разработана Эйле­

тем более ценно, что любой большой трубопровод необходимо иссле­ довать при его проектировании на упомянутый выше гидравли­ ческий удар.

Для ограничения как вакуума, так и роста давления, принимаются следующие меры:

1. Увеличение влияния инерции массы ротора машины по срав­ нению с массой воды в трубопроводе. Инерционные влияния оцени­ вают по времени разгона, которое необходимо для достижения уста­

2. Обратные клапаны, которые закрываются при изменении направления течения в трубопроводе на обратное. Как показывает опыт, установка двух или нескольких задвижек в соответствующих местах, например, по обоим концам трубопровода, более эффективна, чем одной. Своевременного отключения добиваются установкой вместо одного из обратных клапанов быстродействующей задвижки непосред­ ственно у насоса. Дополнительный отвод (сброс жидкости), упра­

у насоса). Водяной затвор или клапан для выпуска воздуха (на высо­ корасположенной точке изгиба трубопровода). Следует обратить внимание на то, что воздушные колпаки вызывают ускорение обрат­ ного потока небольшой массы воды, находящейся между камерой и насосом. Поэтому целесообразно снабжать их обратными клапа­ нами и дроссельными шайбами. При высоких давлениях или большом

458

внутреннем диаметре трубопровода последнее мероприятие.оказы­ вается нерентабельным.

Сопротивление трения трубопровода, т. е. большое отно­ шение HJH, в значительной степени демпфирует волны давления.

Обратный поток может также оказаться опасным для привода насоса, так как насос при отсутствии перечисленных выше предо­ хранительных устройств начинает вращаться в обратную сторону и работает как турбина; при этом число оборотов обратного хода превышает при известных обстоятельствах нормальное число оборо­ тов мотора. Отношение числа оборотов обратного хода к нормаль­ ному числу оборотов насоса тем больше, чем выше его к. п. д. и его быстроходность [317], [318], [319], [320]. Исследования Тома показали, что число оборотов обратного хода небольшого центро­ бежного насоса, примерно, равняется нормальному числу его обо­ ротов, но у крупных высококачественных центробежных насосов примерно на 20—ЗО°/о выше; наибольшего значения оно достигает

у осевых насосов. В определенном диапазоне оно возрастает также

сувеличением TrITf, поскольку увеличивается ударное давление позади насоса.

Гидравлические удары, или точнее удары давления, менее вероятны при подаче воздуха, так как отношение Т/ТрВ этом случае очень мало. Незначительность влияния массы или инерции течения

в трубопроводе облегчает также применение обратных клапанов и поэтому вопросы обратного хода для компрессоров не имеют зна­ чения.

91. ОБЛАСТЬ НЕУСТОЙЧИВОЙ РАБОТЫ

Явления неустойчивой работы могут выражаться в виде колеба­ ний давления или в виде скачкообразного изменения (обрыва) подачи.

а) Колебания, определяемые взаимодействием с аккумулятором энергии. Участок кривой АС между наивысшей точкой А напорной характеристики и осью ординат имеет неустойчивый характер при некоторых условиях работы, а именно тогда, когда в напорном трубо­ проводе находится аккумулятор энергии. Остальная часть кривой— стабильна. Это можно пояснить на примере напорной характери­ стики, показанной на фиг. 269.

Пусть отбираемый расход равняется V2 соответственно рабо­ чей точке 2 на характеристике фигуры 269. Если теперь изменяется равновесие между подачей и расходом, например, подача увели­ чится и соответствует примерно рабочей точке 3, то избыток V3— V2 должен накапливаться в напорном трубопроводе, и, следовательно, будет повышаться давление нагнетания. Но вследствие этого должна очевидно далее сместиться вправо рабочая точка, т. е. еще более удалиться от состояния равновесия 2. Отсюда получаем критерий для определенных условий неустойчивого состояния. В рассматри­ ваемом случае давление нагнетания может повышаться только до точки А. Если необходимо еще дальше накапливать транспорти­

459

руемую жидкость, то не остается ничего иного, как рабочую точку перенести на отрицательный участок BE напорной характеристики (фиг. 270), потому что только там создаются еще более высокие' давления; при этом поток внезапно изменяет свое направление.

Если, с другой стороны, подача уменьшится и соответственно переместится в рабочую точку 4 (фиг. 269), то аккумулятор энергии должен покрыть недостающую величину V2 — V4. Следовательно, его давление снизится и тем самым также увеличивается расстояние до равновесного состояния, причем вновь возникает обратный поток и, следовательно, отрицательная подача.

характеристику, продленную в отрицательную область, так назы­ ваемую «тормозную» характерйстику (фиг. 270). По форме этой «тормозной» кривой можно определить, что неустойчивый характер работы распространяется до точки В. При нарушении равновесия, в последнем рассмотренном случае слишком малых подач насоса режим отрицательного течения воды через насос продолжается до точки В, где начинается стабильный участок BE и откуда подача скачком переходит на расположенную справа стабильную ветвь кривой DA, так как только там возможно дальнейшее снижение давления, создаваемое обратным потоком. После этого скачкообраз­ ного перехода на положительную подачу, однако, давление в акку­ муляторе тотчас же опять начинает расти. Таким путем возникает регулярное «качание». В первом рассматриваемом случае слишком больших подач насоса (по сравнению с потреблением сети) давление нагнетания будет возрастать до наивысшей точки А напорной характеристики, а затем рабочая точка насоса снова скачком перей­ дет на ветвь кривой BE, поскольку дальнейшее возрастание давле­ ния подачи невозможно; после этого тотчас же начинается сниже­ ние давления до точки В, связанное с отрицательной подачей насоса. С этого момента насос снова начнет работать на участке характери­ стики DA. Как видно, возникновение этих «качаний» зависит от нали­ чия аккумулятора энергии в нагнетательном трубопроводе.

При подаче воды этот аккумулятор энергии может быть образован воздушной камерой, установленной в нагнетательном трубопроводе

460