Теоретические характеристики турбомашин (СРСП)

Рабочие процессы, происходящие в вентиляторах и насосах, сходны, так как протекают они практически при постоянной плот­ности: вода и воздух сжимаются незначительно.

Зависимость между теоретической подачей Q_T центробежной турбомашины и создаваемым турбомашиной теоретическим на­пором Н_т устанавливается в предположении отсутствия трения в: турбомашине, утечек жидкости через неплотности и наличии
в рабочем колесе бесконечно большого числа лопастей бесконечно малой, толщины. В таком случае поток жидкости разделился бы лопастями на элементарные струйки.

Лопасти рабочих колес центробежных турбомашин могут быть:

1) загнутые вперед, когда β₂(< 90°, т. е. ctg β₂ > 0 (рис. 1, а);

2) радиальные, когда β₂ = 90°, т. е. ctg β = 0 (рис. 1, 6);

3) загнутые назад, когда β₂ 1> 90°, т. е. ctg β₂ <j 0. (рис. 1, в).
В соответствии с этим в коорди­натных осях подачи Q_T и напора Н_т (рис.1) строят теоретические индивидуальные характеристики турбомашины.

Из рисунка 1 видно, что при увеличении подачи Q_T напор турбомашин с колесами, имеющими лопасти, загнутые вперед, возра­стает, при радиальных лопастях остается постоянным, а при лопастях, загнутых назад, снижается.

Рисунок 1 - Рабочие колеса центробежных турбомашин и соот­ветствующие им теоретические индивидуальные характери­стики

Шахтные вентиляторы по сравнению с насосами характеризуются значительными производительностями и небольшими давлениями, поэтому необходимо иметь колесо большого диаметра. Центробежные вентиляторы имеют одно колесо (в целях сокра­щения габаритов вентилятора по оси вращения его вала). В центро­бежных вентиляторах небольшой производительности применя­ются колеса с лопастями, загнутыми вперед. При этом несколько снижается к. п. д., что в известной степени компенсируется при­менением диффузора. В вентиляторах большой производительности применяются рабочие колеса с лопастями, загнутыми назад, которые обеспечивают более высокий к. п. д.

Шахтные насосы по сравнению с вентиляторами характери­зуются значительными напорами и небольшими подачами. По­этому центробежные насосы обычно имеют несколько последова­тельно соединенных колес относительно небольших диаметров. Для насосов применяются колеса с лопастями, загнутыми назад. Та­кого же типа колеса применяются для центробежных компрес­соров.

Лекция № 5

Тема2. Основные эксплуатационные параметры турбомашин (2 часа)

План лекции (с.17-39/1/):

1. Действительная индивидуальная характеристика турбомашины

2. Характеристика внешней сети турбомашин (СРСП)

1. Действительная индивидуальная характеристика турбомашины

Действительная индивидуальная харак­теристика турбомашины представляет собой зависи­мость между действительным напором Н и действительной по­дачей Q турбомашины при известных размерах машины и опре­деленной частоте вращения рабочего колеса. Действительный на­пор меньше теоретического из-за потерь в турбомашине, причинами которых являются: 1) конечное число лопастей колеса; 2) трение частиц жидкости между собой и о поверхности проточной части турбомашины; 3) затраты энергии на удары при вихревом движении жидкости внутри турбомашины; 4) затраты энергии на преобразование скоростного напора в статический.

Потери напора учитываются гидравлическим к. п. д. турбомашины, определяемым отношением полезной мощности турбомашины к сумме полезной мощности и мощности, затраченной на потери напора в турбомашине. Гид­равлический к. п. д. зависит от качества изготовления турбома­шины, ее параметров и равен для современных машин η_г = 0,8...... 0,96.

Действительная подача турбомашины, как и напор, меньше теоретической вследствие объемных потерь — утечек через неплотности в турбомашине. Эти потери характеризует объемный к. п. д. — отношение полезной мощности к сумме полезной мощ­ности и мощности, утраченной с утечками. В среднем объем­ный к. п. д. η₀ = 0,95... 0,98.

В турбомашине имеются также механические потери — за­траты энергии на трение в подшипниках, сальниках, жидкости о наружные поверхности дисков рабочего колеса (дисковое трение) и др. Эти потери определяются механическим к, п. д., который для современных турбомашин η_M = 0,95... 0,99.

Отношение полезной мощности к мощности турбомашины на­зывается к. п. д. турбомашины и является ее характеристикой. Он равен произведению гидравлического, объемного и механи­ческого к. п. д., т. е. η= η_г η₀ η_M

Кривую действительной индивидуальной характеристики турбомашины можно получить, если из ординат теоретического напора Н_т вычесть ординаты потерь напора Н_п при соответствующих подачах (рис. 1).

Рисунок 1 - Формы действительных индивидуальных харак­теристик турбомашины: а и 6 — центробежных; в — осевой

Сравнение форм действительных индивидуальных характери­стик турбомашин, имеющих рабочие колеса с лопастями, загну­тыми вперед (рис. 1, а) и назад (рис. 1, б), показывает, что пер­вая характеристика имеет вид выпуклой кривой (горбатые харак­теристики), а вторая — падающей кривой (безгорбые характе­ристики) или имеет слабо выраженный горб. Форма характери­стики при определенных условиях оказывает влияние на устой­чивость режима работы турбомашины. Действительная индивидуальная характеристика осевой турбо-машины (рис. 1, в) имеет форму седлообразной кривой.