Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
2.2. Виды турбомашин
Турбомашины по назначению делятся на:
1) двигатели, превращающие энергию текучего в механическую энергию; к ним относятся турбины. В настоящее время гидродвигатели получили широкое применение на различных горных машинах (экскаваторах, буровых станках, бульдозерах и др.), обеспечивая высокую надежность, простоту управления и реверсирования, бесступенчатое регулирование и легкую автоматизацию горных работ;
2) рабочие машины – генераторы, использующие механическую энергию двигателей для перемещения текучего (насосы, грунтонасосы, вентиляторы) или для сжатия воздуха или газа (турбокомпрессоры, воздуходувки).
Рабочие турбомашины называются иначе лопастными машинами, так как их рабочий орган состоит из нескольких лопастей, непрерывно находящихся во вращении и воздействующих на поток, преобразующих при этом механическую энергию двигателя в движение текучего.
В зависимости от направления движения текучего по отношению оси лопастной машины последние подразделяются на: центробежные (радиальные и диагональные) и осевые.
|
|
|
Рис. 2.7. Схема лопастной машины: |
В центробежных машинах (рис. 2.7, а) текучее входит в лопастное колесо 2 параллельно его оси и далее движется в нем в радиальных машинах в плоскости его вращения, а в диагональных – по поверхности, наклонной к плоскости вращения последнего [5].
Текучее получает приращение энергии в колесе, а в остальных неподвижных элементах машины лишь происходит в большей или меньшей степени преобразование скоростной составляющей полного напора в статическую составляющую, т. е. давление.
Центробежная турбомашина состоит из подводящей трубы 1, лопастного колеса 2, собирающее-отводящего устройства 3 и конического диффузора 4.
Лопастным (рабочим) колесом называют вращающуюся круговую решетку, а ее ребра – лопастями.
Лопастное колесо состоит из ведущего (заднего) диска вместе с втулкой, укрепляемой на валу машины, ведомого (переднего) диска с уплотнительным пояском и лопастей.
В насосах все эти детали отливаются вместе и образуют единое целое, в вентиляторах соединение перечисленных выше элементов вместе осуществляют путем приклепывания лопастей к переднему и заднему дискам заклепками.
Обычно лопасти изогнуты по цилиндрическим поверхностям, образующая которых параллельна оси колеса, а в плоскости колеса лопастям придается обтекаемая форма, несколько напоминающая профиль крыла самолета. Поэтому скорость обтекания текучего по обе стороны лопастей оказывается различной и возникает разность давлений по обе стороны каждой лопасти, вызывающая приращение полного напора текучего. Благодаря этому устанавливается сквозное движение текучего от входа к выходу колеса.
В осевых машинах движение текучего происходит на всем протяжении машины параллельно оси вращения лопастного колеса, т. е. от входа текучего в машину до выхода из нее.
Осевая машина состоит из лопастного колеса 1, насаженного на вал и размещенного в цилиндрическом корпусе (кожухе) 2. Входной части кожуха придана форма расширяющегося раструба-коллектора 3, а для плавного входа текучего в колесо перед ним помещен обтекатель 4.
Поток, выходящий из колеса, поступает на неподвижные лопатки спрямляющего аппарата 5 и раскручивается в нем, двигаясь снова параллельно оси машины к кольцевому диффузору 6. В последнем совершается преобразование скоростной составляющей полного напора в статическое давление. Лопастное колесо осевой машины состоит из цилиндрической втулки 7 (диаметр ее достигает 0,6 диаметра колеса), к которой прикреплены лопасти 8. Конструкция крепления лопастей к втулке позволяет поворачивать их после остановки агрегата. Каждая лопасть в отдельности является телом несимметричной формы крылового профиля. Ее поперечное сечение постепенно возрастает от конца лопасти по направлению к месту крепления во втулке. Для повышения напора машины и ее экономичности лопасть в пространстве закручена под некоторым углом.
При обтекании лопасти потоком текучего происходит силовое взаимодействие между ним и лопастью и, как следствие этого, появление силы, действующей со стороны потока на лопасть, и наоборот.
В первом случае лопасть стремится переместиться вместе с потоком, а во втором – при набегании лопасти на поток текучего возникающая сила взаимодействия приводит в движение текучее, сообщая ему то или иное количество энергии.