§ 2.6. ПОДВОДЫ И ОТВОДЫ

Подводом называется часть проточной полости машины, подводящая перемещаемую среду к входному отверстию рабочего колеса.

Подвод правильной конструкции должен давать равномерное, осесимметричное распределение потока по входному сечению рабочего колеса.

Потери энергии в подводе должны быть минимальными; для этого скорости в его сечениях не должны быть высокими. Проходные сечения подвода должны постепенно

уменьшаться в направлении движения, обеспечивая постепенное возрастание скорости д^ значения ее во входном сечении колеса.

Конструкция подвода и положение приемного отверстия его должны создавать удобное сопряжение машины с всасывающим трубопроводом.

Многочисленные исследования показали, что форма, размеры и расположение подвода влияют не только на энергию, передаваемую потоку жидкости колесом, но и на все характеристики машины.

Отводом называют часть проточной полости машины, принимающую перемещаемую среду из рабочего колеса и частично преобразующую кинетическую энергию этой среды в потенциальную.

Известны три типа отводов: кольцевой, спиральный и лопаточный.

Рис. 2.8. Входная камера при осевом подводе жидкости к рабочему колесу насоса

2.9. Схема спиральной входной камеры переменного сечения

Рис. 2.10. Центробежная машина с кольцевым и спиральным отводами

Кольцевой отвод представляет собой цилиндрическое пространство 1постоянной ширины, охватывающее рабочее колесо машины (рис.

Отводы должны обеспечивать отведение жидкости (газа) от колеса с наименьшими потерями и по возможности без нарушения осесимметричности потока в колесе. При этом скорость потока должна постепенно уменьшаться до скорости в начальном сечении напорного трубопровода.

С целью понижения скорости на выходе из напорного патрубка машины к спиральному отводу присоединяют конический диффузор 3 с углом раскрытия около 10°.

При трапециевидном и прямоугольном поперечных сечениях спирального отвода диффузор 3служит и для перехода к круглому сечению выходного патрубка насоса, что необходимо для присоединения напорного трубопровода.

Рис. 2.11. Лопаточный отвод центробежной машины (много­ступенчатого компрессора)

Рис. 2.12. Канальный отвод центробежной машины (много­ступенчатого насоса)

Лопаточный отвод представляет собой систему нескольких диффузорных каналов, окружающих рабочее колесо (рис. 2.11); рис. 2.12 - канальный отвод.

Как показывают опыты, движение реальных газов и жидкостей в кольцевых отводах в основной части потока приблизительно подчиняется законам движения невязкой жидкости. Поэтому анализ работы отводов в первом приближении можно вести, полагая, что трение в потоке не проявляется.

Рассмотрим работу кольцевого отвода машины, подающей несжимаемую жидкость. Пусть R₃и c₃- соответственно радиус и абсолютная скорость в начале кольцевого отвода; rи с - радиус и абсолютная скорость в любой точке произвольного сечения отвода (см. рис. 2.10). Установим зависимость между скоростями cи c3.

Окружную проекцию скорости можно определить по условию постоянства момента скорости rc_u= const(поскольку влияние сил трения о стенки не учитывается):

Радиальную проекцию скорости найдем с помощью уравнения неразрывности

Q = 2πR₃b₃μ₃c_3r= 2πrbμc_r, приняв для простоты b₃μ₃= bμ (b = const) Отсюда находим

т.

Формула (2.37) обусловливает основной недостаток кольцевых отводов - необходимость существенного увеличения радиальных размеров машины. Действительно, если желательно снизить скорость в безлопаточном отводе вдвое, необходимо увеличить диаметр D₄(на выходе из кольцевого отвода) также вдвое, т. е. D₄/ D₃= 2. Поэтому

кольцевые отводы применяются сравнительно редко и лишь в одноступенчатых насосах специального типа.

Из кольцевого отвода, а при отсутствии кольцевого отвода - из рабочего колеса жидкость поступает в спиральный отвод (см. рис. 2.2).

Рассмотрим машину без кольцевого отвода. Поток из рабочего колеса поступает в спиральный отвод со скоростью c₂,в то время как средняя скорость в отводе c_aсуще­ственно меньше. Вследствие этого получаются потери на удар, которые могут быть приближенно определены по формуле Карно

В этой формуле c_a- скорость в спиральном отводе после удара (условная скорость). Расчеты показывают, что можно принимать

(2.39)

Кроме потерь ЛИ_удв спиральном отводе имеются потери на трение о стенки отвода при повороте потока в отводе и диффузоре, расположенном за отводом. Сумму этих потерь обозначим через DH_{с о}и определим в долях динамического напора скорости c_a:

(2.40)

В зависимости от формы спирального отвода можно принимать

Очевидно, что с ростом скорости c_aпотери на удар уменьшаются, а на трение и поворот потока - растут.

, при которой

Рис. 2.13, Трапециевидная и пря­моугольная формы сечений спиральных отводов

^ca

Рис. 2.14. Круглая и грушевидная формы сечений спиральных отводов

Из условия минимума потерь

0находим

Если принять ζ_{c о}= 0,4, то (с_а )_опт » 0,7с₂ . Если машина выполнена с кольцевым

отводом, то при определении скорости в спиральном отводе также можно пользоваться формулой (2.38), заменив в ней с₂ на с₄ - скорость за кольцевым отводом.

Рис. 2.15. К определению размеров сечений спирального отвода

Формы поперечных сечений спиральных отводов показаны на рис. 2.13 и 2.14.

Рассмотрим способ ориентировочного расчета размеров спирального корпуса по заданной величине (c_a)_опти подаче Q(рис. 2.15).

Расходы Q₁, Q₂, Q₃,--- ,--, Q_z,проходящие через произвольно заданные сечения 1, 2, 3, ---, z,равны расходам, выбрасываемым из колеса в пределах дуг 0-1, 0-2, 0-3, ---- 0-z- Поскольку эти сечения ориентированы углами φ₁, φ₂, φ₃, ---- φ_z,то, следовательно,

По полученным Ω₁,Ω₇,Ω₃,---,Ω_z

приняв одну из форм поперечных сечений, можно

рассчитать их линейные размеры. Таким образом, будут определены размеры спирального

отвода.

При расчете размеров корпуса, состоящего из кольцевого и спирального отводов, расчетные сечения представляют собой сумму площадей сечений обоих отводов.

В многоступенчатых конструкциях центробежных машин применяют в основном лопаточные отводы; их конструктивные схемы даны на рис. 2.11 и 2.12. Из этих схем видно, что лопаточный отвод представляет собой неподвижную круговую решетку с большим количеством лопаток (см. рис. 2.11) или состоит из небольшого числа лопаток специального профиля, образующих межлопаточные каналы (см. рис. 2.12).

Форма лопаточного отвода, выполненная по рис. 2.11, обычно свойственна центробежным газовым машинам, а по рис. 2.12 - центробежным насосам.

Во всех типах лопаточных отводов при значительном отклонении режима работы от расчетного наблюдается отрыв потока от поверхности лопаток и вследствие этого уменьшение КПД машины.

Большое влияние на работу центробежной машины оказывает радиальный зазор Dr между концами рабочих лопастей и входными кромками лопаток отвода. При малых значениях Drцентробежная машина создает шум, нежелательный в условиях эксплуатации.

Положительное влияние цилиндрического пространства с размером Drна работу машины проявляется в том, что в нём, во-первых, происходит выравнивание скоростей с₂, неравномерно распределенных по окружности выхода из рабочего колеса, и, во-вторых, получается некоторый диффузорный эффект (преобразование кинетической энергии в давление).

В конструкциях центробежных насосов размер Drобычно не превышает 10 мм, компрессорах он может достигать нескольких десятков миллиметров.