на главную страницу |электронная библиотека

Локальная диффузорность межлопаточныых каналов рабочего колеса – источник повышения экономичности центробежных машин.



Одним из явлений, оказывающих влияние на экономичную работу турбомашины, является отрыв потока жидкости от стенки рабочего колеса. Отрыв потока жидкости – одно из многих характерных свойств вязкого течения. В случае внутреннего течения отрыв может явиться причиной ухудшения коэффициента полезного действия. Оптимальные характеристики различных гидромашин могут быть предсказаны только при правильном понимании явления отрыва потока, так как отрыв происходит как раз перед достижением максимальной нагрузки (или в этот момент).

Отрыв потока от рабочей поверхности лопатки межет происходить как на входе так и на выходе рабочего колеса. На выходе из колеса отрыв потока от тыльной стороны лопатки, приводящий к уменшению угла выхода потока и увеличению относительной скорости выхода потока , значительно снижает величину скорости закручивания , а это приводит к уменьшению теоретического давления. Причём, чем меньше расход жидкости, тем сильнее отрыв и тем больше уменьшение величины .

На режимах, значительно превышающих номинальный, когда углы атаки приобретают большие положительные значения поток отрывается от передней (рабочей) стороны лопатки. В этом случае, однако, отрыв не простирается на всю длину канала, а под действием кориолисовой силы локализуется, замыкается на рабочей стороне лопатки. С дальнейшем увеличением расхода толщина зоны отрыва увеличивается, а точка её замыкания перемещается вверх по лопатке. При этом также может образоваться отрыв и от задней стороны лопатки. Применение профильных лопаток обеспечивает задержку и даже полное устранение отрыва от рабочей стороны профиля.

Согласно уравнению Эйлера, которое описывает процесс передачи энергии в целом, не вскрывая его “механизма”:

. (1)

где - плотность перемещаемой среды;

- абсолютная, относительная и переносная скорости потока;

- угловая скорость колеса;

- радиус рассматриваемого сечения межлопаточного канала (МК);

Индексы 1 и 2 соответствуют входному и выходному сечениям МК.

Видно, что для достижения возможно большего давления поток в абсолютном движении должен ускоряться, а в относительном замелляться, т.е. МК должен работать как диффузор. Чтобы иметь максимально возможный КПД, течение на номинальном режиме работы должно быть безотрывным.

Впервые идея о целесообразности замены МК эквивалентным коническим дифузором была высказана проф. К. А. Ушаковым, предложившем для угла его раскрытия следующую формулу:

. (2)

где l – длина лопатки;

- площадь поперечного сечения МК на радиусе , для центробежной машины равная:

=, (3)

Здесь - ширина колеса;

- толщина, количество и угол наклона лопатки.

Подробный и объективный анализ, проведенный И. Л. Локшиным, показал, что хотя величина действительно влияет на уровень экономичности центробежных машин, её дисперсия слишком велика, из-за чего эта идея не получила дальнейшего распространения. Между тем, она несомненно содержит рациональное звено. Беда лишь в том, что величина , определяемая (2) , является аналогом “средней температуры по госпиталю”, не позволяющей судить о состоянии конкретного пациента. То же и с МК: отрыв потока происходит в конкретном месте, где степень его диффузорности превышает допустимую величину (при этом средняядиффузорность может быть вполне приемлемой).

Поэтому от средней диффузорности нужно перейти к локальной диффузорности, которую можно определить так:

. ,

где l – направление вдоль МК, причём . (4)