Рис. 6 7. Составляющие силы, действующие на лопас1Ь осевой машины

Подставив значени.я Р и Ри в выражение (6.23), после преобразований получим

где \1 - обратное качество профиля.

Для лопастей осевых машин ц = 0,02-г-0,04. При ц = 0,03 и Ру=25ч-45° КПД решетки т}р=0,900,94.

Для повышения КПД осевой машины следует применять профили с возможно меньшими значениями р,.

От теоретического давления, определяемого равенством (6.19), можно перейти к действительному давлению

Р = lip Рт = Р Ф (ctg Pi - ctg Р2) Ip.

(6.26)

Действительное давление, создаваемое ступенью осе- вой машины, есть результат совместного действия подвода, решетки рабочих лопастей и отвода (диффузора).

В отводе проявляется диффузорный эффект, повышающий давление, .1

ДРдиФ-Р-. (6.27)

где Сз и С4 - абсолютные скорости на входе и выходе отвода (диффузора).

Если. 2Др - потери давления в подводе и отводе, то давление, создаваемое ступенью,

Рст = Р Ф (ctg Pi - ctg Ps,) Лр + Ард ф - 2Др. (6.28)

Потери 2Др рассчитываются по формулам гидравлики. Коэффициенты местных потерь зависят от конструктивных форм подвода и отвода.

Механический КПД учитывает потери энергии от тре- ния в уплотнениях, подшипниках и дискового трения,

Т1 = 0,94-:-0,98. Объемные потери незначительны, tjo~1.

Гидравлический КПД ступени

Пг = PjPr.

Для осевых насосов и вентиляторов

т] = 0,75 ь0,92. Полный КПД ступени

т) = ПгГ1 = 0,70-0,90. Мощность на валу

lOOOtl

(6.29)

(6,30)

6.4. Многоступенчатые осевые насосы и вентиляторы

Анализируя формулу (6.19), можно видеть, что давление, создаваемое одним колесом осевой машины, ограничено скоростными и геометрическими факторами. В современных осевых машинах транспортных установокприменя-ют очень высокие окружные скорости на концах лопас-

Рнс. 6.8. Схема осевой машины с тремя ступенями

тей-до 400 м/с. Но даже это во многих случаях не обеспечивает получения необходимого давления. Тогда применяют многоступенчатые машины.

Осевая многоступенчатая машина имеет несколько осевых колес, насаженных на общий вал (рис. 6.8). При этом между каждыми двумя рабочими колесами ставится направляющий аппарат. Его назначение -раскручивать поток, выходящий из рабочего колеса, и придавать ему направление, необходимое для эффективной передачи энергии в следующей ступени. В направляющем аппарате, кроме того, происходит преобразование части скоростного напора в потенциальную энергию.

Направляющий аппарат обычно выполняется из криволинейных профилей переменной толщины, обладающих

малым лобовым сопротивлением. Количество ступеней давления в осевых машинах обычных типов достигает 20.

6.5. Особенности условий работы длинных лопастей

Элементы лопастей осевой машпны, находящиеся на различных расстояниях от центра, вращаются с неодинаковыми скоростями. Вследствие этого лопасть с постоянной шириной и постоянными углами входа и выхода создает напор, изменяющийся по длине ее. Это приводит к радиальным перемещениям частиц жидкости в проточной полости рабочих колес и отводов и понижению КПД машины.

Явление радиального перемещения особенно сильно сказывается в ступенях машины с относительно большой длиной лопасти. Поэтому ступени осевых машин с большой длиной лопастей обычно проектируют исходя из условий отсутствия радиальных перетеканий жидкости.

В теории осевых машин показано, что условие радиаль- i ного равновесия, если пренебречь Силами вязкости потока,. выражается равенством 1

гс = const. (6.31)

Это соотношение имеет большое практическое значение, \ показывая, что отсутствие радиальных перетеканий воз- можно лишь при постоянстве циркуляции по длине лопасти. В этом случае каждая частица потока движется по ци-, линдрической поверхности соответствующего радиуса. j

Уравнение (6.31) является важнейшим положением вихревой .теории воздушных винтов Н. Е. Жуковского. Выполнение его для осевых машин дает существенное новы- , шение их КПД.

Влияние условия (6.31) на конструктивную форму лопасти проявляется в том, что она получается закрученной (винтовой) с переменными углами и Ргл по длине. Такие лопасти имеют широкое применение, в особенности в машинах с малым относительным диаметром втулки.

В машинах с большим относительным диаметром втул- . ки лопасти выполняются незакрученными, но с хордой, j уменьшающейся к периферии.

6.6. Расчет осевых насосов и вентиляторов

Определение основных размеров осевых насосов и вентиляторов производится на основе уравнений Эйлера и неразрывности потока. При этом учитываются особенности

работы ступеней и конструктивные соотношения, принятые в практике. Для расчета должны быть заданы: Я -напор, выраженный в.метрах столба среды, перемещаемой машиной; Q - подача, мс, и физические константы среды.

Осевые машины соединяются с электродвигателем не-п ;срсдственно; в таких случаях, частоту вращения машины принимают равной рабочей частоте вращения электродвигателя.

Соответственно окружные скорости концов лопастей оказываются значительными. Так, в случае насосов допускают окружные скорости до 60 м/с; большие значения не принимают пз условий недопустимости кавитации. В осевых вентиляторах обычно ограничиваются скоростями до 100 м/с во избежание появления сильного шума. Относительный диаметр втулки принимают v= Dbt/h=0,4-0,8, прпчем большие значения выбираются для высоконапорных машин.

Коэффициент расхода ф принимают в пределах 0,4-0,8. Диаметр рабочего колеса машины может быть опреде-пеи из уравнения неразрывности

0,7850(1-v)

, , 3tDh п

где к = с /Мвт. Очевидно,

При выбранных v и А ф последнее равенство однозначно определяет диаметр колеса осевой машины. Обычно k - = 0,64-1. Далее определяется диаметр втулки Овт=\0 и находится длина лопасти

Целесообразность применения высоких частот вращения непосредственно ясна из выражения (6.32), показывающего уменьшение Da при повышении п. *

Как было указано выше, элементы лопасти, находящиеся на разных расстояниях от центра колеса, работают с различной эффективностью. Поэтому допускается расчет

лопастей по среднему диаметру Dcp и при-

менение цилиндрических лопастей только при v0,7.

При v<0,7 разбивают лопасть по длине на 7-10 участи ков и ведут расчет каждого из них отдельно по среднему диаметру его, получая различные значения лопастных уг-лов на входе и выходе; лопасть получается закрученной (винтовой).

Так как осевая составляющая Са скорости для принятого значения ф известна (Ca=фгв), то при отсутствии закрут-, ки на входе

Pi = arctgc /u,p.

Угол выхода потока из межлопастных каналов

Paarctg-

Величина сй определяется из основного уравнения ма- шины

где Н - напор одной ступени машины; - гидравличес-( кий КПД, лежащий в пределах 0,75-0,92. Лопастные углы на входе и выходе:

Pi.4 = Pi + l, 1 = 27°; Р2Л = Р1л + АРл,

экспериментальных:

где ДРл принимается по результатам продувок решеток лопастей.

Количество рабочих лопастей осевых насосов выбирают j от 3 до 6, а осевых вентиляторов - до 40.

В многоступенчатых осевых машинах между венцами рабочих лопастей двух соседних ступеней помещаются венцы неподвижных лопаток, направляющих поток, проходящий из одного рабочего колеса в другое (см. рис. 6.8).

Угол входа направляющих лопаток a2=arctgCc/c2ti, а угол выхода аз=90°.

При известном значении относительного шага профиля =0,5-1,5 определяется хорда профиля b=t/t (где t вы-чгЛляется по диаметру колеса и принятому количеству лопастей).

Построив среднюю линию профиля по углам р,л, Ргл и Ь, по относительным координатам профилей можно построить профили лопастей.

Прн длинных лопатках (v<0,7) хорду профиля изменяют по длине так, чтобы йвт-(1н-1,5)/?н, где Ьн -хорда профиля на окружности наружного диаметра колеса.

6.7. Характеристики. Регулирование подачи

.Аналогично центробежным машинам характеристики осевых машин дают зависимость напора (давления), мощности на валу и КПД от подачи. Характеристики получают обычно путем испытания при постоянной частоте вращения и пересчитывают на различные частоты вращения по формулам пропорциональности.

Форма характеристик определяется конструкцией и аэродинамическими свойствамп машины.

eoscT. г№

760 ВО О

i 6 8 10 к П KQhJc

Рис. 6.9. Характеристики H=f{Q) осевых вентиляторов:

7 -вентилятор серии У-12 Кг 16; 2 - вентилятор серии ВС

Рис. 6.10. Характеристика осевого вентилятора при /г == const

Чмин Чмакс 0.

В отличие от центробежных машин характеристика напора (давления) осевой машины часто имеет седлообразную форму (рис. 6.9), однако у низконапорных машин встречается падающая форма этой характеристики.

Седловина на характеристике объясняется снижением подъемной силы лопастей при малых подачах и повышенных углах атаки и наличием вторичных течений.

Характеристики мощности осевых машин показывают уменьшение мощности при увеличении Q или близки, как у вентиляторов, к, горизонтальной линии (рис. 6.10). Поэтому пуск осевых машин допустим при открытой задвижке на напорной трубе, т. е. под нагрузкой.