Файл: Соколов Ю.Н. Основы единой теории лопастных машин (насосов, вентиляторов, воздуходувок) [учеб. пособие для студентов втузов].pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 95
Скачиваний: 1
,К6втрольпыП экземпляр
МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР
ТОМСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени С. М. КИРОВА
10. Н. СОКОЛОВ
ОСНОВЫ ЕДИНОЙ ТЕОРИИ ЛОПАСТНЫХ МАШИН
(насосов, вентиляторов, воздуходувок)
Дойтрольпый гхзэгдпляр'
МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР
ТОМСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени С. М. КИРОВА
10.н. СОКОЛОВ
ос н о в ы
ЕДИНОЙ ТЕОРИИ ЛОПАСТНЫХ МАШИН
(насосов, вентиляторов, воздуходувок)
Кинга |
является |
учебным |
пособи |
ем для |
студентов |
втузов |
по курсу |
«Наиосы, вентиляторы н компрессо
ры». Рабочие |
процессы |
лопастных |
|
вентиляторов, |
насосов и |
компрессо |
|
ров излагаются комплексно—в |
еди |
||
ной теории турбомашин. |
Кроме |
си |
|
стематизации |
известного |
материа |
|
ла в работе приводятся |
результаты |
||
исследований |
автора по |
отдельным |
|
теоретическим |
вопросам |
и методам |
расчета турбомашин.
Учебное пособие может быть по лезным для инженеров и техников, занимающихся эксплуатацией и про ектированием лопастных насосов, вентиляторов, тягодутьевых и газодувных машин.
Редактор — Б. М. Т и т о в .
Г» с .п уб личн ая
j н а у ч н о - т е х н и ч е с к а я .
библиотека Э К З Е М П Л Я Р
ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА
3-13-5
ПРЕДИСЛОВИЕ
Исследование рабочих процессов и разработка мето дов расчета турбомашин различных типов и назначений протекали в некотором отрыве, несмотря на то, что Л. Эйлер и Н. Е. Жуковский создали в свое время осно вы именно единой теории этих машин. Разнообразие задач, выдвигавшихся на рассмотрение отдельными исследователями и конструкторами насосов, вентилято ров и компрессорных турбомашин, привело к образова нию разнородных понятий, терминов и приемов иссле дований, которые, по существу, являются аналогичными или взаимозаменяющими.
Принципиальное единство теории турбомашин всех типов пропагандировалось автором еще в начальном периоде его лекционной деятельности в Томском поли техническом институте и успешно применяется в учебной работе на протяжении трех десятилетий. То же стремле ние обобщить изложение отдельных вопросов теории лопастных машин наблюдается в учебной и монографи ческой литературе последнего периода, но ие всегда это делается в той мере, которую заслуживает принципиаль ное единство рассматриваемых вопросов'.
Работая над рукописью книги, автор стремился довести до логического завершения объединение всех основных вопросов теории лопастных машин — как гид равлических, так и воздуходувных (при незначительном проявлении сжимаемости), как центробежных, так и осевых. Естественно, в процессе этой работы пришлось встретить ряд специфических осложнений, связанных
в |
основном с неоднородностью в терминологии, в приня |
||
тых для |
отдельных типов машин системах |
обозначения, |
|
в |
выборе |
н определении некоторых понятий |
н т. п. |
I*. |
3 |
По мере возможности, ограничиваемой объемом'кни ги, автор стремился, в то же время дать в ней основные сведеншя о новейших достижениях развития теории ло пастных машин различных типов, ознакомить, в частно сти', и с некоторыми результатами его личных исследова ний отдельных вопросов и методов расчета этих машин. Детальное изложение современной теории потенциаль ного обтекания решеток профилей, как хорошо освещен ное в имеющейся литературе, пришлось опустить.
Сознавая сложность поставленной задачи, автор до пускает возможность и некоторых неудач в ее разреше нии. Поэтому он будет благодарен за любые критические замечания по его работе и выражает признательность рецензентам — доценту, канд. тех. наук А. Р. Айзенштейиу, А. Ф. Тернову, а также доценту,, канд. тех. наук. Б. М. Ти тову, принявшему на себя труд по редактированию рукописи.
Автор.
ВВЕДЕНИЕ
Насосы, вентиляторы, воздуходувки и компрессоры, с которыми приходится иметь дело инженерам различных специальностей, называют обычно гидравлическими и воздуходувными машинами •— собирательное понятие. По осуществляемому в них рабочему процессу все эти ма шины в совокупности характеризуются тем, что в них обеспечивается передача энергии потоку жидкости или газа, протекающему через эту машину.
Группу таких машин, в которой процесс передачи энергии обеспечивается за счет силового взаимодействия между потоком жидкости или газа и лопастями (лопат ками) рабочего колеса (рабочих колес, если их несколь ко) , будем называть л о п а с т н ы м и м а ш и н а м и . По сравнению с другими типами гидравлических и воз духодувных машин лопастные машины в современной технике получили наибольшее распространение.
Лопастными машинами следовало бы называть и такие, в которых осуществляется обратный процесс — пе редача энергии от потока лопаточным венцам рабочих колес и валу машины, т. е. машины-двигатели. Но эги машины обычно просто называют турбинами. Иногда применяют и обобщающий термин — турбомашины, к ко торым относят как турбинные двигатели, так и лопаст ные машины, потребляющие энергию1 ). В дальнейшем, говоря о лопастных машинах, мы будем ориентироваться
') |
Терминология |
в этих |
вопросах, |
к сожалению, |
не установи |
лась. |
Рекомендованные специальными комиссиями АН СССР тер |
||||
мины охватывают |
отдельные |
группы |
турбомашин, |
а обобщенная |
|
ті-рминология еще не выработана. |
|
|
в основном лишь на последние, т. е. на насосы, вентиля торы, воздуходувки и компрессоры лопастного типа.
Любые машины могут быть классифицированы по различным признакам, но основной системой класси фикации машин, передающих энергию потоку (как и машин-двигателей, воспринимающих энергию от потока), следует считать их энергетическую классификацию, в ко торой все машины данного класса разделяются на группы и типы в зависимости от способа передачи энергии. Так как энергия, несомая потоком жидкости, определяется трехчленом Бернулли
gz + -?- + |
^-дж/кг, |
Р2
энергия, переданная такому потоку, может восприни маться за счет:
а) |
изменения нивелирной высоты, на которой нахо |
|
дятся |
частицы жидкости или газа — z м \ |
|
б) |
изменения давления, под которым находятся жид |
|
кость |
или газ в потоке — р |
н/м2; |
в) |
изменения скорости |
движения жидкости или газа |
сMJceK.
Вдвух первых случаях изменяется потенциальная энергия потока, а в последнем — кинетическая. В газовых
потоках, когда плотность р кг/м3 мала, изменение ниве лирной высоты z м не создает заметной работы преодо
ления сил тяжести pgz |
(на 1 м г движущегося газа). Этой |
||||
величиной |
здесь, как |
правило, |
пренебрегают, но в насо |
||
сах—машинах, |
перекачивающих тяжелую несжимаемую |
||||
жидкость, она |
может иметь решающее значение (ч ер п а- |
||||
к о в ы е |
м а ш и н ы — водоподъемные |
колеса, • чиги |
|||
ри и т. п.). |
|
|
|
|
|
Непосредственное изменение давления р обеспечива |
|||||
ется в машинах о б ъ е м н о г о |
т и п а , |
где жидкость или |
газ отдельными порциями изолируется в некотором объ еме, подвергающемся изменению за счет внешних сил (поршневые и роторные машины).
Изменение энергии потока за счет изменения скоро сти движения жидкости или газа, т. е. изменение кине
тической энергии потока, |
создается в так называемых |
с т р у й н ы х м а ш и н а х |
(водоструйные насосы, инжек |
торы, эжекторы и т. п.). |
|
С позиции рассматриваемой здесь энергетической классификации лопастныемашины принадлежат к сме шанному типу: в них изменяется как кинетическая, так и потенциальная энергия потока жидкости или газа. Сило вое взаимодействие потока с обтекаемыми им лопастями рабочего колеса лопастной машины приводит как к из менению давления р , так и к изменению скорости с в потоке2 ).
По направлению движения потока жидкости или газа, проходящего через рабочее колесо лопастной машины, различают ц е н т р о б е ж н ы е и о с е в ы е машины. В центробежном колесе поток протекает в радиальном направлении (рис. О—1). В осевых машинах, которые по
I * |
J |
А |
6 |
|
Рис.0-1 |
форме рабочего колеса называют также пропеллерными, поток движется вдоль оси вращения рабочего колеса (рис. О—2). Окружная скорость в каждом из кольцевых элементов потока при этом не изменяется.
2 ) Е активных турбинах и в компрессорных турбомашинах с нулевой степенью реакции (см. ниже — § III—2) давление при переходе через рабочее колесо не изменяется. Поэтому, например, гидротурбины активного типа относятся к числу струйных машин.
Рассмотрим, пока лишь в общих чертах, принципиаль ные схемы и принцип работы лопастных машин центро
бежного и осевого типов. |
|
|
|
|
|
Ц е н т р о б е ж н о е |
к о л е с о |
(иасоса, |
вентилятора |
||
или одноступенчатой |
воздуходувки) |
состоит |
из заднего |
||
диска 1, насаженного на вал 2, |
в простейшем |
случае — |
|||
консольно (рис. О—1). Лопатки |
(или |
лопасти) |
этого ко |
леса 3, имеющие специальную форму, соединяют задний диск с передним 4. Колесо окружено корпусом машины 5, образующим и спиральную камеру 6. С передней сторо
ны |
корпус |
соединен со |
всасывающим |
патрубком |
7, |
||||||||
а |
спиральная |
камера плазмо переходит в нагнетательный |
|||||||||||
патрубок 8.' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
При вращении |
центробежного |
колеса |
(см. на рис. О—1 |
|||||||||
соответствующие |
стрелки), |
когда |
весь |
корпус |
ма |
||||||||
шины п ее рабочее колесо |
заполнены |
жидкостью |
или |
||||||||||
газом, |
любая, |
находящаяся |
в |
межлопаточном |
канале, |
||||||||
частица а этой жидкости |
(или газа) также |
вовлекается |
|||||||||||
во вращательное движение и под действием |
центробеж |
||||||||||||
ной силы Ц перемещается от центра к периферии. |
|
||||||||||||
|
Выходящие из межлопаточного канала частицы жид |
||||||||||||
кости |
(или |
газа) поступают |
в |
спиральную |
камеру, |
||||||||
а взамен их |
межлопаточный |
канал |
заполняют |
новые ча |
стицы, вступающие сюда из центральной полости колеса. Таким образом, вращение центробежного колеса создает н е п р е р ы в н ы й п о т о к жидкости (или газа) от всасы вающего патрубка машины к рабочему колесу, через его межлопастные каналы в спиральную камеру, а из нее — п нагнетательный патрубок машины. Непрерывность движения потока, не преграждаемого, хотя бы на время,
внешними |
препятствиями, — характерная |
особенность |
||||
лопастной |
машины любого |
типа. |
|
|
||
Поскольку в нормальных условиях работы машины |
||||||
давление |
в ее нагнетательном патрубке р к |
больше, |
чем |
|||
давление |
во всасывающем |
патрубке р н , а |
соответствую |
|||
щие скорости ск |
и с н |
либо |
равны, |
либо |
ск>си |
|
(рис. О—1). Такое |
движение |
возможно |
лишь за |
счет |
подведения к потоку энергии извне. Это обеспечивается за счет силового (и энергетического) взаимодействия потока с лопастями рабочего колеса, за счет внешней