Характеристика внешней сети

Рис. 3.4. Диаграмма определения стандартного номера

Рис.3.3. Обезличенные характеристики

Рис. 3.2.Совмещение характеристик

Рис. 3.1. Универсальные характеристики

напорные кривые, кривые мощности при различных скоростях вращения углов установки направляющих аппаратов или лопаток рабочих колес, изолинии эксплуатационного КПД турбомашин.

На основании описанной выше характеристики можно построить совмещенные характеристики. Для этого надо выделить отрезок кривой или площадку, соответствующую наиболее экономичным условиям работы при рабочей производительности, ограниченной слева и справа кривыми = 0,9 _max=const. Такие кривые или площадки для различных нагнетателей можно нанести на общую диаграмму, при помощи которой по заданным P и Q

можно сразу определить подходящий номер нагнетателя и соответствующие ему значения n и . Обычно совмещенные характеристики строят для серии нагнетателей, т.е. для группы однотипных машин, отличающихся лишь размерами.

Безразмерные или отвлеченные характеристики строят по типу характеристик, получаемых при постоянном числе оборотов, но в безразмерных параметрах, характеризующих особенности данного нагнетателя. В качестве безразмерных параметров принимают отвлеченную производительность

(коэффициент производительности)

Q

Q = ----------,

D²/4 u

отвлеченное давление (коэффициент давления)

P

P = ---------- =

u²

и отвлеченную мощность (коэффициент мощности)

N

N = --------------,

u³D²/4

Если умножить безразмерные параметры на соответствующие множители, в величины которых входят n и D, можно получить индивидуальные характеристики геометрически подобных нагнетателей. Но такой перерасчет делают только при подборе вентиляторов.

Для подбора вентиляторов строят также разнообразные обезличенные характеристики. Они строятся для геометрически подобных нагнетателей. Наглядной и компактной является обезличенная характеристика, построенная в координатах P – V_вых с нанесением кривых u, = const. Здесь

Q К такой характеристике прилагается таб-

V_вых= -------. личка:

F_вых.

N0	D2	Fвых.

Задаются P и Q. По заданному значению Р на кривой _max=const находят величину V_вых и затем F_вых.= Q/V_вых. По таблице находят нужный номер вентилятора и D₂.

Далее подсчитывают число оборотов

60 u

n = ----------,

D²

и мощность L P

N= -------

Более простой, но менее наглядной обезличенной характеристикой является характеристика в координатах P – V_вых, но с нанесением кривых А, =const, где А=N n, где № - номер вентилятора, n - число оборотов в минуту.

Под этой диаграммой в другом квадранте в координатах Q– V_вых нанесены линии стандартных номеров вентиляторов. По заданным величинам P и Q находят нужный номер вентилятора № при максимальном к.п.д. - _max. Число оборотов находят делением найденного числа А на номер вентилятора.

А

n = ------,

№

Если по заданным значениям Р и Q необходимо сконструировать вентилятор, геометрически подобный какой-то конструкции с известной характеристикой, то основные размеры конструируемой машины можно определить путем пересчета характеристик, т.к.

= то

величина на которую должны быть умножены размеры известного вентилятора для получения размеров рассчитываемого:

i = = ,

При использовании для пересчета обезличенных характеристик в соответствии с заданными значениями Р, n и наружный диаметр колеса определяют по формуле:

D =

Рассмотрение характеристик показывает, что один и тот же нагнетатель может иметь различные производительность и давление, что зависит от условий работы, определяемых присоединенной к нагнетателю сетью.

Л Е К Ц И Я № 4.

Работа нагнетателя на присоединенную сеть.

План лекции:

4.1 Характеристика внешней сети.

4.2 Способ наложения характеристик.

4.3 Режим работы турбомашины. Рабочая точка.

4.4 Изменение характеристик сети, турбомашины и положения рабочей точки.

Гидравлические машины предназначены для перемещения жидкости (или газа) по сети трубопроводов, а иногда и для создания заданного статического давления (например, при перекачке жидкости из одной емкости в другую, расположенную на более высоком уровне). Такие машины, как вентиляторы, и обычно перемещают воздух из атмосферы в помещение, где практически такое же давление.

Сетью называется трубопровод, присоединенный к гидравлической машине. Сеть может быть простой - в виде одного трубопровода, каждый участок которого пропускает одно и то же количество жидкости и сложной – на разных участках которой движется различное количество жидкости.

Сеть присоединенную к отдельному вентилятору, разделяют на две основные части: всасывающую – до вентилятора и нагнетательную – после вентилятора (считая по направлению движения воздуха). Если начало и конец сети находятся в окружающей атмосфере, избыточное давление которой принято за нуль, то полное давление по всей длине всасывания отрицательно, а в нагнетательной части сети положительно.

В начале сети полное давление равно нулю, а в конце (на выходе из трубопровода) – динамическому давлению, так как р _ст=0.

Статическое давление на линии всасывания также всегда отрицательно, причем абсолютная величина этого отрицательного давления больше, чем полного. Статическое давление на нагнетании меньше полного на величину динамического давления (р _ст= р _п – р _д), однако в зависимости от значений последнего оно может быть как положительным, так и отрицательным.

Полное давление, развиваемое вентилятором, р _в, определяется потерями давления в сети р _с и равно разности полных давлений на участках нагнетания и всасывания, т.е.

р _с = р_в = р_п^н - р_п^вс

Численно эта величина равна сумме полного давления на нагнетании и полного разрежения на всасывании

р _с = р_в = р_п^н + [- р_п^вс ]

Аналогичным образом распределяются давления и в сети, присоединенной к насосу, если последний работает в «затопленном» состоянии, т.е. в условиях, когда давление окружающей атмосферы не может влиять на работу насоса, так как начальные уровни жидкости перед всасывающей сетью и после насоса одинаковы. В «затопленных» условиях работают, например циркуляционные насосы в системах отопления. Однако весьма часты случаи, когда насос преодолевает не только сопротивления присоединенной к нему сети, но и давление, необходимое для подъема жидкости на определенную заданную (пьезометрическую) высоту. Последняя представляет собой сумму пьезометрических высот всасывания Н _вс и нагнетания Н _н. Давление, которое должен развивать насос, составляют соответственно:

на всасывании р _вс = Н _вс кГ/м²

и на нагнетании р _н = Н _н кГ/м^2.

Полное давление, развиваемой насосом, определяется как сумма потерь давления на преодоление пьезометрической высоты и на преодоление сопротивления сети р _с, т.е.

р _н = р _вс + р_н + р _с кГ/м².

Характеристикой сети называется зависимость между полными потерями давления в сети и расходом.

Эта зависимость может быть определена аналитическим путем или выражена графически.

Изменение давления №затопленной» сети связано с потерями на преодоление сил трения и местных сопротивлений.

Сопротивление трению, как известно из курса гидравлики, определяется по формуле

Rl = кГ/м², (4.1)

где - коэффициент сопротивления трения, зависящий от скорости, размеров трубопровода и степени его шероховатости;

l и d –длина и диаметр трубопровода в м;

v – средняя скорость в м/сек;

g = 9,8 м/сек²

Если принять длину участка равной одному диаметру трубопровода, т.е. l = d, то, рассматривая физический смысл коэффициента , можно отметить, что показывает число динамических давлений, затрачиваемых на преодоление сил трения в трубопроводе, длина которого равна одному диаметру (калибру).

Местные сопротивления возникают во всех случаях нарушения прямолинейного и равномерного движения жидкости (например, при изменении направления в отводах, коленах, тройниках, изменении скорости в диффузорах и т.п.)

Потери давления на преодоление местных сопротивлений определяются по формуле:

Z = кГ/м² (4.2)

где - сумма коэффициентов местных сопротивлений.

Очевидно, что коэффициент местного сопротивления показывает число динамических давлений, которые компенсируют потери на преодоление местных сопротивлений.

Потеря давления на каждом участке сети выражается формулой

р _уч = кГ/м².

Общая потеря давления в сети составляет

р _с = кГ/м². (4.3)

Поскольку все входящие в формулу величины, кроме v, известны, она может быть написана в следующем виде:

р _с = К v² кГ/м² (4.4)

Скорость и расход связаны зависимостью

Q = v F м³/сек,

с учетом чего формула примет вид

р _с = К₁ Q²

Это выражение является уравнением квадратичной параболы 1 с вершиной в начале координат (рис.4.1). Такой вид имеет обычно характеристика сети, присоединенной к вентилятору, засасывающему воздух из атмосферы и подающему его в помещения, где давление также равно атмосферному (в условиях, когда коэффициент сохраняет постоянное значение).

Если кроме гидравлических потерь машине приходится преодолевать дополнительные пьезометрические давления, то вершина параболы, характеризующей потери в сети, расположится выше (при дополнительных потерях при нагнетании) или ниже (при потерях на всасывании) начала координат (смотри линии 2 и 3 на рис.3.1). Тогда формула примет вид

р _с = К Q²