Файл: Ден Г.Н. Механика потока в центробежных компрессорах.pdf

ния от носика лопатки, отклоняются от расчетной кривой. На вы­ пуклой поверхности опытные точки ложатся на расчетные кривые в первой четверти канала, а затем также постепенно отходят от расчетной линии. В конце канала при больших положительных

углах атаки і3 = 5ч-7° опытные значения скорости почти не из­ меняются вдоль лопатки, что свидетельствует о наличии отрыва потока от лопатки в этой области. Существование застойной зоны в конце канала, вызванной отрывом потока от вогнутой поверх­ ности, было обнаружено в ряде случаев измерениями с помощью зондов.

Появление расхождений между расчетными и опытными зна­ чениями скоростей по мере удаления от носика лопатки связано с нарастанием пограничных слоев на стенках межлопаточиого канала, что ускоряет поток в ядре течения и уменьшает давления на лопатках. Расчетные скорости вследствие этого всегда оказы­ ваются меньшими, чем опытные, определенные по измеренным дав­ лениям. Среднее значение полного давления в канале уменьшается по мере удаления от входного сечения.

Учет изменения полного давления вдоль канала в формуле (4.13) позволяет приблизить результаты расчета скоростей по измеренным давлениям к величинам, соответствующим потенци­ альному обтеканию лопаток. Учет обратного влияния погранич­ ных слоев на лопатках на течение в «невязком» ядре путем увели­ чения толщин лопаток на толщину вытеснения в пограничных слоях 6* также позволяет несколько улучшить согласование расчетных распределений скоростей с опытными, однако трудо­ емкость расчетов при этом существенно возрастает. При учете обратного влияния пограничного слоя каждому режиму работы диффузора соответствует своя деформированная решетка в невяз­ ком потоке.

Уменьшение густоты решетки приводит к улучшению согла­ сования распределений скоростей, полученных при расчете по­ тенциального обтекания диффузорных лопаток, с опытными дан­ ными, причем это согласование оказывается наибольшим при малых углах атаки і3. Увеличение диффузорности межлопаточ­ ного канала кд. л несколько ухудшает согласование расчетных и опытных данных в конце канала. Результаты сопоставления расчетных и опытных распределений скоростей по лопаткам диффузора свидетельствует о том, что данные, получаемые при расчете потенциального течения через круговую решетку, можно использовать для анализа работы лопаточных диффузоров ц. к. м., несмотря на малые удлинения диффузорных лопаток. Расчетные распределения скоростей позволяют выявить особенности обте­ кания диффузорных лопаток при различных режимах работы ступени и определить потери на трение в каналах с помощью методов теории пограничного слоя.

Если пренебречь обратным влиянием пограничных слоев на стенках на распределение скоростей по лопаткам, то расчет по-

148

граничного слоя около лопаток может быть выполнен одним из обычных методов теории пограничного слоя. Для приближенной оценки потерь на трение в круговой решетке вполне допустимо пользоваться простейшими методами, основанными на интегри­ ровании уравнения импульсов для турбулентного пограничного слоя на лопатке. Толщина потери импульса 8*? в первом прибли­ жении может вычисляться по формуле

где характерное число. Рейнольдса определено по радиальной

составляющей средней скорости перед лопатками сг% и длине лопатки L.

Коэффициент потерь на трение о лопатки £тр может быть опре­ делен таким же методом, как в п. 2.3. Для лопаток диффузора

где 2 бГ — сумма толщин потери импульса на выходной кромке лопатки; t3 = ----шаг круговой решетки на входе; с4 и с3—

скорости на выходной кромке лопатки и перед лопатками. Результаты определения потерь на трение о лопатки по фор­

муле (4.15) и сопоставление их с опытными потерями в лопаточ­ ном диффузоре показаны на рис. 4.20. Расчетные зависимости

(этр (а3) в зоне небольших углов атаки і3 имеют такой же каче­ ственный характер, как опытные зависимости | 3_4 (а3). Однако

величины £тр существенно меньше, чем £3_4, так как потери на трение о лопатки составляют лишь небольшую часть всех потерь энергии в диффузоре. Формула (4.15) не позволяет учесть потери в турбулентном ядре потока (потери на расширение), в следах за лопатками, а также связанные с вторичными токами и с тре­ нием о торцевые поверхности каналов. Формулы (4.14) и (4.15) несправедливы при наличии срывных зон около лопаток.

Использование более строгих методов при расчете погранич­ ных слоев на лопатках позволяет несколько уточнить величину £тр. Однако до тех пор, пока отсутствуют надежные методы оценки других видов потерь, вполне допустимо использование простей­ ших оценочных соотношений. Отметим, что опытные коэффици­

енты £3 4 , приведенные на рис. 4.20, получены на основании из­ мерений давлений непосредственно за лопатками и, следова­ тельно, не учитывают потерь на выравнивание полей скоростей за лопатками.

149

Вторичные токи в лопаточных диффузорах при отсутствии от­ рывов не могут быть интенсивными, так как диффузорные каналы слабо изогнуты —■угол поворота средней линии лопатки не превосходит 10—15°. Поэтому трудно ожидать больших потерь в канале, связанных с существованием поперечных токов. Если принять, что потерн на торцевых стенках имеют такую же вели­ чину, как потери на трение о лопатки, то при густоте 2,4—2,8 получается удовлетворительное согласование между расчетными и опытными коэффициентами потерь в области углов атаки до ±2°. Однако при малой густоте подобный учет влияния потерь на трение о торцевые стенки лишь немного приближает расчетные значения £ к опытным.

а)

В настоящее время отсутствует достаточно общий метод опре­ деления потерь на расширение в турбулентном ядре потока. Оценка этих потерь, по опытным данным о потерях на расширение в конических диффузорах, эквивалентных каналу лопаточного диффузора при нулевом угле атаки, приводит к весьма малым ве­ личинам, так как углы раскрытия эквивалентных конических диффузоров оказываются малыми. Для получения согласования расчетных и опытных данных о потерях в этом случае приходится вводить переменный, зависящий от густоты, поправочный коэф­ фициент к вычисленным потерям на расширение.

В настоящее время не представляется возможным рекомендо­ вать для практического использования какой-либо приближен­ ный метод расчетного определения действительной величины по­ терь в лопаточных диффузорах ц. к. м. Однако из отсутствия метода расчета величины потерь энергии в лопаточном диффузоре не следует бесполезность оценок отдельных видов потерь энергии в нем. Несмотря на отсутствие количественного совпадения между опытными значениями коэффициентов потерь диффузоров и расчет­ ными коэффициентами потерь на трение о лопатки, результаты

150

. Г л а в а 5________________________

Л о п а т о ч н ы е

ОБРАТНЫЕ НАПРАВЛЯЮЩИЕ АППАРАТЫ

В промежуточных ступенях после уменьшения кинети­ ческой энергии в диффузоре поток необходимо подвести к рабо­ чему колесу следующей ступени. Для передачи потока из диффу­ зора одной ступени в колесо другой служат обратные направля­ ющие аппараты (о. н. а.). В ц. к. м. используются два основных типа о. н. а.— лопаточный и канальный. Лопаточные о. н. а. располагаются после лопаточного или безлопаточного диффу­ зоров. В этом случае поток, выходящий из диффузора, сначала попадает в безлопаточное кольцевое пространство или кольцевое колено, расположенное между сечениями 4—4 и 5—5, а затем входит в межлопаточные каналы о. н. а. В обратных направля­ ющих аппаратах второго типа каналы о. н. а. являются непосред­ ственным продолжением диффузорных каналов; диффузор и о. н. а. составляют единое целое — диафрагму насосного типа. Течение в подобных устройствах рассматривается в гл. 6.

Экспериментальные данные о потерях энергии в отдельных элементах проточных частей центробежных машин свидетельствуют о том, что на расчетном режиме работы ступени относительные потери энергии или уменьшение к. п. д. ступени из-за потерь в диффузорах и о. н. а. соизмеримы между собой. В среднем можно принять, что в ступенях с достаточно высоким к. п. д. на опти­ мальном режиме в диффузоре и в о. н. а. теряется по 5% от энер­ гии, затрачиваемой на вращение рабочего колеса. Средняя ско­

рость потока за рабочим колесом с2 в 1,5—2,5 раза выше, чем при выходе из диффузора, т. е. кинетическая энергия цг в три—шесть раз выше, чем кинетическая энергия за диффузором Следова­ тельно, коэффициент потерь о. н. а. £4_0 должен быть значи­ тельно большим, чем коэффициент потерь диффузора £3_4. Как следует из данных, приведенных в двух предыдущих главах, мини­

мальные значения £3_4 находятся на уровне 0,1—0,15. Минималь­ ные значения £4_0 достигают 0,6—0,8, т. е. в четыре—шесть раз превосходят коэффициенты потерь диффузоров. Эти результаты показывают, что именно за счет совершенствования о. н. а. можно рассчитывать на дальнейшее повышение к. п. д. промежуточных ступеней. Поэтому исследованию и отработке проточных частей о. н. а. необходимо уделять не меньшее, а может быть даже боль­ шее внимание, чем отработке колес и диффузоров,

152