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

входного сечения, конечно, за счет ухудшения к.п. д.при нормальной нагрузке.

Чтобы исчерпывающим образом описать все возможности полу­ чения устойчивой характеристики, необходимо еще учесть некоторые опытные данные, а именно подъем характеристики к оси Нх у колес с лопатками как двоякой, так одинарной кривизны, удлиненными в область всасывающего патрубка,.т. е. влияние положения входной кромки (см. раздел 86), и наконец, полную устойчивость напорной характеристики быстроходных машин. Суммируя все сказанное выше, можно, следовательно, указать следующие возможности получения устойчивой характеристики [330]:

1) особо низкое число рабочих лопаток z (т. е. низкое значение k в уравнениях (4. 7) и (4. 8) раздела 28);

2)небольшие выходные углы (32 и большие значения скорости с2т;

3) удлинение лопаток как одинарной, так и двоякой кривизны

всторону всасывающего патрубка;

4)высокое удельное число оборотов nq (обобщение пункта 2);

5)безлопаточный направляющий аппарат вместо лопаточного;

6)прямолинейный или пологий входной участок [331 ] напра­ вляющих лопаток или жесткое ограничение входной площади кана­

лов лопаточного направляющего ^аппарата, т. е. коэффициента »■

вуравнении (9. 5) раздела 71.

Висключительных случаях можно применить:

7) поворотные направляющие лопатки на входе и выходе рабо­ чего колеса;

8)перекрытие отдельных рабочих каналов;

9)пониженный гидравлический к. п. д. Предусмотрительный конструктор всегда использует несколько

следовательно, этот раздел представляет дополнение разделов 32 и 85. С ростом вязкости, следовательно, с уменьшением числа Рей­ нольдса, возрастают потери на трение и потери на преобразование скорости в давление Zh. Работа лопаток Иthx, а также потеря на удар, представляющая собой чистое сопротивление формы, при данном расходе не зависят от числа Рейнольдса в широком диапазоне его изменения, так что давление Но холостого хода часто остается неиз­ менным. Как показано на фиг. 276 и подтверждено эксперимен­ тально [332], [333], неустойчивый участок характеристики укора­ чивается с ростом потерь ZAv, в связи с чем, например, насосы

471

для питания котлов при перекачивании холодной воды работают более устойчиво, чем при работе на горячей воде. Аналогичное явление наблюдается и на малых экспериментальных моделях при их сравнении с конструкцией, выполненной в натуру. Точки опти­ мального гидравлического к. п. д., т. е. точки касания X, X' каса­ тельной, проведенной из точки F к характеристической кривой

Фиг. 277. Напорные характеристики для насоса с одно­ сторонним всасыванием при работе с жидкостями различ­ ных вязкостей. Параметром служит 10е-. (по данным Иппена).

(согласно разделу 85), сильно смещаются влево. Это имеет место также и для общего к. п. д. т,, но последний уменьшается еще в боль­ шей степени, чем гидравлический ж. п. д., так как трение колеса ууг,

Фиг. 278. Сводные результаты опытов Иппена по напорности насоса на режиме оптимального к. п. д., в зависимости от числа Рейнольдса. Линия А — отношение напора И (масло) к Н (воды). Линия В — потери 1 — *1.

числа Рейнольдса, чем все остальные потери. Такое же изменение характеристики, как показано на фиг. 276, следует ожидать также при очень низком числе оборотов или очень малом масштабе выпол­

нения.

На фиг. 277 приведены напорные характеристики одного и того же насоса [334] при подаче жидкостей различной вязкости; там же значения кинематической вязкости подаваемых жидкостей (массы)

472

и числа Рейнольдса, отнесенные к диаметру рабочего колеса. Как можно видеть, для этого насоса обычной конструкции с односто­ ронним всасыванием подтверждается показанная выше закономер­ ность постоянства высоты напора на режиме холостого хода; совпа­ дение было менее удовлетворительным у насоса с двухсторонним всасыванием, у которого высота напора холостого хода снижалась с увеличением вязкости. На фиг. 278 даны кривые изменения высоты напора и потерь в оптимальной точке в зависимости от числа Рей­ нольдса. Результаты этих исследований важны также для случая подачи газа в сочетании с низкими давлениями, следовательно, для вакуумных насосов.

Испытания нагнетателей для наддува двигателей подтвердили результаты, приведенные на фиг. 277 и 278. При изменении агрегат­ ного состояния перемещаемой среды необходимо, однако, учесть, что кинематическая вязкость газов с ростом температуры изменяется в обратном направлении по сравнению с вязкостью жидкости, поскольку повышение температуры при малых подачах или низком к. п. д. играет заметную роль.

94. ОСОБЫЕ ВИДЫ ХАРАКТЕРИСТИК

а) Характеристики в безразмерных координатах. В этом случае очень многообразны возможности изображения характеристик.

когда мощность на валу уух выражается в кгм/сек.

В диапазоне применимости закона подобия получается только одна кривая для всех напорных характеристик и кривых мощности; кроме того, получаются близко расположенные линии к. п. д., которые могут отличаться друг от друга только вследствие различия чисел Рейнольдса (или из-за условий кавитации и близости к скорости звука), так что разница большей частью может даже не учитываться. Особенно часто такие характеристики применяются для вентиля­ торов и воздуходувок.

1 В отечественной литературе в качестве коэффициента напора обычно рассматри­

вается величина ф = ■ . Прим. ред.

473

б) Логарифмический масштаб. Если вместо самих величин нанести их логарифмы (для чего можно использовать специальную бумагу с отпечатанной логарифмической сеткой), то нулевые зна­ чения уходят в бесконечность. Этот недостаток, однако, несуществе­ нен, так как соответствующие точки не имеют большого значения. Параболы одинаковых условий входа становятся тогда параллель­ ными прямыми'под углом arctg2 и не только напорные характери­ стики, но также кривые мощностей на валу и к. п. д. становятся

Фиг. 279. Напорные характеристики в логарифмических координатах. Области применения различных типоразмеров одного ряда (Зульцер). Цифрами указаны номера типов машин.

конгруентными, если не принимать во внимание небольших изме­ нений к. п. д. вдоль линии одинаковых условий входа. Направление смещения характеристик получается при этом параллельным прямым одинаковых условий входа, линии мощности на валу умещаются под углом arctg 3 и линии к. п. д. — параллельно оси log Vx. Конгруентность получается более полной, чем у характеристических кривых в размерном масштабе, так как точки одинаковых условий

в пункте «а», тем более, что он также применим для любой системы мер и для любых размеров машин, причем смещаются только нулевые точки. Это преимущество приобретает особое значение тогда, когда

474

в) Линии одинаковой быстроходности в виде семейства лучей.

Этот способ пригоден также для характеристики ряда типовых машин. Дейша [338], исходя из выражения для удельного числа

оборотов, наносит по оси абсцисс значения ']/Vx, а по оси ординат

значения УИ3; благодаря этому наклон прямой к оси ординат характеризует быстроходность при постоянном числе оборотов (например, 1450 об/мин). Упомянутый автор разделяет общий диа­ пазон рассматриваемых удельных чисел оборотов, т. е. сектор между двумя граничными лучами, с по­

(фиг. 280). Тогда параболы одина­ ковых условий входа превратятся в прямые, проходящие через

начало координат, и расстояние от соответствующих точек на этих прямых до центра окружности прямо пропорционально числу обо­ ротов. Следовательно, число оборотов можно измерять по этим прямым с помощью линейного масштаба.

д) Особые характеристики для компрессоров. В этом случае

или значения изотермической высоты напора Hls (для охлаждаемых компрессоров); при соответствующем выборе масштаба изотерми­

ческая высота напора изменяется так же, как In (")

При низких отношениях давлений — , как это имеет место

Pi

у вентиляторов, это различие сводится только к вопросу масштаба, если только состояние воздуха на всасывании сохраняется постоян­ ным. При высокой степени сжатия, однако, разница по сравнению с диаграммой VXHX становится существенной. Насколько велико влияние сжимаемости газов, будет показано в главе 14, в особен­ ности в разделе 107.

Различие изображений характеристик становится особенно отчет­ ливым, когда рассматривается перемещенное давление всасывания.

475

В то время как линия VХНХ не зависит от начального давления (поскольку остается постоянной температура всасывания, что мы в дальнейшем предполагаем) при использовании в качестве ординаты выходного давления ри, напорная характеристика, изображенная на фиг. 281, а, изменяется. Напорная характеристика смещается здесь от D к D', когда давление всасывания снижается с р, до р\,

а всасываемый поток Vхп, нанесенный по оси абсцисс, отнесен к определенному нормальному состоянию газа, благодаря чему

Фиг. 281. Перестройка линии D конечного давления сжатия и линии L мощности на валу для другого давления всасывания рр Справа — определение линии D'

на всасывании. Описанное выше построение характеристик стано­ вится понятным, если принять во внимание, что отношение давлений сохраняется согласно уравнению (1. 12а), когда Их остается постоян­ ным. Аналогичный способ позволяет тогда, как видно, перестроить старую линию L внутренней мощности на валу в виде новой линии L', потому что внутренняя мощность пропорциональна удельному весу соответствующему начальному состоянию, т. е. начальному давле­ нию при постоянной начальной температуре. На фиг. 281, а рабочие точки В и В' напорной характеристики или С и С кривой мощности относятся к постоянным условиям входа воздуха в ком­ прессор, следовательно, соответствует одинаковому внутреннему к. п. д., если пренебречь влиянием числа Рейнольдса.

С помощью аналогичного приема можно оценить также и работу любого компрессора как вакуум-насоса (см. фиг. 281, 6). В этом случае выходное давление р'п протекает по прямой, параллельной

оси абсцисс (или по линии с малым наклоном), а искомая характерис­ тика имеет вид изогнутой вниз линии D’ давления pi всасывания. В то

476

ГЛАВА XI

РЕГУЛИРОВАНИЕ

Методы регулирования можно разделить на две группы: с воз­ действием на сам насос или без этого воздействия. Это воздействие может состоять в перестановке его лопаток или в изменении числа оборотов.

95. РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРИ ПОСТОЯННОМ ЧИСЛЕ ОБОРОТОВ И НЕИЗМЕННЫХ ЛОПАТКАХ

Рассматриваемые здесь способы позволяют только снизить подачу по сравнению с подачей насоса при отсутствии регулирования.

а) Дросселирование в трубопроводе. Простейший способ регули­ рования состоит в дросселировании. Это осуществляется в нагне­ тательном трубопроводе у жидкостных насосов, потому что дроссе­ лирование во всасывающем трубопроводе связано с опасностью кави­ тации. Эти соображения отпадают при подаче газа. Здесь следует предпочесть дросселирование во всасывающем трубопроводе, потому что увеличение удельного объема всасываемого потока, связанное с падением давления, уменьшает расход энергии, а граница помпажа

на фиг. 282 наглядно показано с помощью заштрихованных участков. К. п. Д. ухудшается пропорционально отношению недросселируемой высоты напора к устанавливаемой с помощью дросселя. Потеря, очевидно, тем более, чем круче характеристика, так что в этих случаях лучше применять тихоходные машины. Для пропеллерных и винтовых насосов, как правило, не допускается регулирование путем дросселирования, так как расход энергии при частичной нагрузке часто больше, чем при нормальной нагрузке.

Во время работы при закрытой задвижке возникает опасность недопустимого нагрева жидкости, потому что незначительный объем ее, находящийся в насосе, должен поглотить мощность холостого хода. Вследствие этого иногда предусматривают автоматический вентиль на нагнетательном патрубке у установок с большой высотой напора (например, у насосов для питания котлов, которые особенно чувствительны вследствие высокой температуры воды); этот авто­ матический вентиль управляется обратным клапаном. При низком

478

положении обратного клапана этот вентиль создает дополнительный перепуск и тем самым ограничивает возможность снижения расхода

мощности на валу (например, при лопатках, загнутых назад) заги­ бается вниз. На фиг. 284 наглядно показан процесс регулирования двух накосов. При одновременном дросселировании обоих насосов расход мощности изменяется по линии СВА, при регулировании только одного насоса — по ли­

нии CD, причем DF = (0.4 4-

определить графическим спо­ собом, наглядно показанным на фиг. 281, а. При этом ординатой

выбирают давление р}} на выходе. Четверть эллипса АВС, изобра­ женная на фиг. 285, с продолжением по вертикали CD дает хорошее приближение к кривой изменения давления р1г после дросселя, т. е. перед компрессором, в зависимости от весового расхода, этот график можно легко построить после того, когда было определено критическое давление крит и выбрано дросселирующее отверстие fx.

479

Можно видеть, что неустойчивая ветвь характеристики укоротилась вследствие дросселирования во всасывающем трубопроводе и напор­ ная характеристика падает вертикально, когда снижается давление всасывания до pt крит. Целесообразно дроссельную задвижку уста­ новить по возможности ближе к компрессору, чтобы тем самым

несделать неэффективным укоро­ чение неустойчивой ветви харак­ теристики вследствие создания аккумулятора энергии на всасы­ вающей стороне. С помощью способа, иллюстрированного

насоса. Если отведенный поток возвращается обратно во всасываю­ щий трубопровод, то необходимо обратить внимание на опасность сильного перегрева. Регулирование с помощью перепуска в особен­ ности часто применяется у насосов с высокой быстроходностью, например, у пропеллерных насосов, когда кривая мощности сни­ жается с ростом расхода.

На фиг. 286 приведены характеристики нагнетательного трубо­ провода Ri и характеристика перепускного трубопровода R„, которая

480