содержание   ..  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  ..

4.4.

Методы гидравлического расчета проточной части лопастных насосов атомных электростанций

Строгое решение задачи движения жидкости в проточной части лопастных насосов невозможно из-за сложности трехмерного характера течения жидкости, наличия большого количества границ (практически произвольной формы). Поэтому при создании насосов широко используются методы инженерной гидравлики и гидромеханики, базирующиеся на основе накопления и обобщения опыта в соответствии с теорией подобия, являющейся теорией научного эксперимента. Вместе с тем, начиная с работ Н. Е. Жуковского и до настоящего времени, продолжаются попытки создания строгой математической теории лопастных насосов, которые позволили бы правильно объяснить многие результаты экспериментальных исследований и достичь весьма хороших показателей насосов. Об этом свидетельствует то, что КПД лучших современных центробежных и осевых насосов достигает 90—93 %, что говорит о весьма совершенной гидродинамике в проточной части насосов.

В инженерных расчетах наибольшее распространение получили два метода расчета проточной части насосов — по струйной теории и моделирования, основы которых в применении к центробежным насосам излагаются ниже.

Основное уравнение турбомашин. Для анализа работы и получения основных расчетных зависимостей рассмотрим схему насоса с бесконечно большим числом лопастей Z«oo. ,В этом случае (при условии осесимметричного подвода и отвода) поток в рабочем колесе симметричен и относительная скорость касательна к поверхности лопасти. Следуя Л. Эйлеру, запишем теорему изменения момента количества движения при

С точки зрения достижения максимального напора при минимальных диаметрах колеса наиболее предпочтительны колеса с лопастями, загнутыми вперед. Однако экономически такие насосы невыгодны, так как имеют значительно более низкий КПД, чем с лопастями, загнутыми назад, из-за увеличения потерь в колесе и особенно в отводе, поэтому чаще применяют насосы с лопастями, загнутыми назад, с углами выхода (32 от 14 до 60°.

Коэффициент быстроходности — один из важнейших критериев, характеризующих геометрию лопастной системы насосов. Теория гидростатического подобия и размерностей позволяет установить соотношения, по которым, зная характеристики одного лопастного насоса, можно получить характеристики

другого, геометрически подобного первому, работающему на других оборотах.

Рис. 4.19. Типы лопастных колес

 Для точного выполнения этих соотношений необходимо выполнение геометрического (подобие геометрии вплоть до относительной шероховатости омываемых поверхностей), кинематического (подобие скоростей в сходственных точках) и динамического (подобие сил) подобия. Когда все эти условия выполняются, используют уравнения, связывающие параметры геометрически подобных насосов:

Таким образом, коэффициент быстроходности определяет основный соотношения размеров рабочих колес насосов. Зная коэффициент быстроходности, можно оценить и значение КПД насоса. Значение общего КПД для лучших образцов насосов представляет собой практически непрерывную зависимость» приведенную по данным М. Д. Айзенштейна на рис. 4.20, откуда видна наиболее предпочтительная область применения центробежных насосов.
 

Потери в насосах. Действительная мощность, требуемая насосом, больше полезной на значение потерь энергии в проточной части.

Различают три основных вида потерь — гидравлические, объемные и механические. Следует подчеркнуть, что это деление довольно условно, так как в действительности все эти потери взаимосвязаны и оказывают влияние друг на друга. Однако такая условность позволяет сравнивать экономически различные типы лопастных насосов и позволила объяснить теоретические причины изменения КПД насосов с изменением.
 

Расчет лопастных насосов методом моделирования. Чрезвычайно широкое распространение в насосостроении получил метод моделирования, основанный на теории подобия и размерностей и дающий наилучшую сходимость с экспериментом.

Метод используется при создании насосов, работающих на отличных от

известных частотах, или имеющих другие размеры, а также при отработке на

моделях совершенно новых типов насосов. Его можно применять для любых типов лопастных насосов: центробежных, осевых, лабиринтных, вихревых и.др..

Рассмотрим сущность метода. При выполнении геометрического, кинематического и динамического подобия для режимов с одинаковыми ns параметры одного лопастного насоса могут быть выражены через параметры другого по формулам подобия (4.2). Поэтому расчет проводят в следующей последовательности.

Влияние изменения геометрии выхода рабочего колеса на характеристики центробежного насоса. При доводке энергетических характеристик центробежных насосов широкое применение находят способы изменения их за счет изменения ширины или диаметра выхода колеса, а также угла выхода лопастей. При изменении наружного диаметра колеса расчетное определение характеристик насоса после подрезки обычно проводят по методу Степанова или Бержерона. Однако во многих случаях получают различные результаты, которые не всегда сходятся с экспериментом.

содержание   ..  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  ..