Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
2.5. Теоретическая напорная характеристика турбомашины
Теоретической напорной характеристикой турбомашины называется зависимость ее напора от производительности при постоянной скорости вращения рабочего колеса.
Для вывода этой зависимости воспользуемся теоретическим напором турбомашины (2.40) для незакрученного потока на входе в колесо (C1u∞ = 0) и уравнением теоретической производительности турбомашин (2.42).
Для связи этих уравнений необходимо выразить C2u∞ через С2r, для чего обратимся к параллелограмму скоростей на выходе из колеса (см. рис. 2.8).
При неизменной окружной скорости турбомашины и нулевой ее производительности напор турбомашины зависит только от U22/g.
Выясним, какое влияние оказывает угол выхода лопасти β2 на напорную характеристику турбомашины и составляющие полного напора колеса.
Отношение C2u∞/U2 обозначают через φ2 и называют коэффициентом закручивания.
Зависимость Hт∞ от Qт представляет собой прямую линию в системе координат Qт – Hт∞, наклон которой всецело зависит от угла β2 (рис. 2.11).
|
|
|
Рис. 2.11. Теоретические напорные характеристики турбомашины |
Для угла β2 = 90° лопасти на выходе направлены по радиусу (рис. 2.12), C2u∞, φ2=1, ctgβ2 = 0 и В = 0.
Поэтому Hт∞ не зависит от Qт и представлен прямой, параллельной оси Qт.
|
|
|
а б в Рис. 2.12. Схемы рабочих колес центробежной турбомашины |
Для углов β2 < 90° (лопасти загнуты вперед) величина ctgβ2 положительна, C2u∞ > U2 и φ2 > 1, ctgβ2 > 0 и В > 0.
Следовательно, Hт∞ = -(U22/g) + B·Qт и напор машины возрастает с увеличением Qт (прямая направлена наклонно вверх).
Если β2 > 90° (лопатки загнуты назад, рис. 2.11, а) и C2u∞<U2, φ2 < 1, при этом ctgβ2 < 0 и В < 0. В этом случае
(2.44)
Прямая линия наклонена вниз и пересекает ось подач, отсекая на ней отрезок Qтmax при Нт∞=0.
(2.45)
В рассматриваемой турбомашине напор снижается по мере возрастания ее подачи.
В процессе работы турбомашины происходит увеличение полного ее напора, который состоит из статического и динамического напоров [5].
|
|
|
Рис. 2.13. Изменение статического, динамического |
Статический напор расходуется на преодоление сопротивлений во внешней сети и на подъем текучего на высоту Нг, поэтому чем он больше, тем лучше используется турбомашина.
На рис. 2.13 построен график значений Hт, Hст и Hдин в зависимости от угла β2. На оси ординат отложены напоры, а на оси абсцисс – углы β2 или коэффициенты φ2.
Зависимость Hт от φ2 представляет собой прямую линию, и когда φ2 = 0, то Hт, Hст и Hдин равны нулю.
Если φ2 = 1 (β2 = 90°), то Hст = Hдин и, наконец, при φ2 = 2 Hст = 0 и
Hт = Hдин = 2U22/g.
Турбомашины с лопатками, загнутыми назад (φ2 > 90°), в основном создают статический напор и относительно небольшой динамический напор, легко преобразуемый в давление при различных типах диффузоров без больших потерь энергии.
Наоборот, рабочие колеса с лопатками, загнутыми вперед, создают, в основном, скоростной напор; преобразование последнего в статический напор связано с большими потерями энергии, и они тем выше, чем больше скорость на выходе из колеса. В результате этого к.п.д. машины снижается.
Следовательно, центробежные насосы необходимо изготовлять с лопатками, загнутыми назад, обеспечивая высокие напоры путем последовательного включения колес.
Получение высоких напоров у осевых вентиляторов достигается за счет увеличения окружной скорости, так как у них коэффициент закручивания невелик.