Жидкостные ракетные двигатели (стр. 22 )

Объемный КПД определяет количество жидкости, перетекающей из полости высокого давления обратно в полость низкого давления, и утечек жид­кости из полости высокого давления через уплотнения.

- учитывает потери:

на трение жидкости в каналах входного патрубка, крыльчатки, улит­ки, выходного диффузора, а также на трение в самой жидкости, обусловлен­ные ее вязкостью; на удар и срыв потока, обусловленные несовпадением геометриче­ского профиля лопатки и направлением вращения крыльчатки.

Потери на трение пропорциональны квадрату объемной производи­тельности V2  или квадрату относительной скорости жидкости W2.

Потери на удар минимальны при расчетном числе оборотов крыльчаг-ки.

= 70 / 90 %

Произведение объемного и гидравлического к. п.д. носит название внутреннего к. п.д. насоса.

- учитывает механические потери, связанные с трением жидкости о нерабочие поверхности крыльчатки, потери в подшипниках, уплотнениях и т. д.

= 70 / 80 %

7.        Потребная мощность насоса, NH, Вт.

Потребная мощность насоса определяется экспериментально при его проливках, в процессе проведения которых находят объемную производитель­ность, значения давления на входе и выходе из насоса, число оборотов крыль­чатки и крутящий момент на валу.

8.        Коэффициент быстроходности насоса, ns.

Коэффициент быстроходности насоса - число оборотов этатонного на­соса, геометрически подобного натурному, с  тем же  гидравлическим  и объемным к. п.д., но с напором в 1 Дж/кг и полезной мощностью в 1 Вт. В общем случае:

Величина ns характеризует форму колеса насоса, рис.63. Дейст­вительно, при данном числе оборотов п большее значение пs соответствует большим объемным производительностям V и меньшим напорам Я. Увеличе­ние же V и уменьшение Я приводит к увеличению проходного сечения канала

колеса (ширины) и к уменьшению выходного диаметра колеса D2. Таким обра­зом, при больших значениях ns канал колеса будет коротким и широким. С уменьшением ns канал сужается, а отношение выходного и входного диаметров колеса (D2 /DI) увеличивается.

Насосы ЖРД, как правило, имеют относительно малые расходы объемные производительности V и большие напоры Н, т. е. малые значения ns (обычно меньше 100).

Рис.63

Форма колеса насоса в зависимости от ns: а - тихоходное колесо; б - нормальное колесо; в - быстроходное колесо

8.7. Характеристики насосов

Рассмотрим движение жидкости в проточной части центробежно­го насоса, рис.64.

Частицы жидкости, находящиеся в межлопаточном канале участвуют в двух движениях: в относительном ( W - относительная скорость ) и в перенос­ном (U - окружная скорость). В результате указанных движений частичка жид­кости перемещается в канале с абсолютной скоростью С, при этом U2 > U1 .

С целью уменьшения потерь и создания наиболее благоприятных усло­вий течения жидкости по каналу крыльчатки рекомендуется принимать Wi = W2, при условии U2 > U1 .

Индексы "1" и "2" относятся к входному и выходному сечениям крыльчатки соответственно, рис.65.

Рис.64

Изменение параметров по тракту центробежного насоса

Согласно формуле Эйлера, напор насоса с бесконечным числом лопа­ток может быть определен по следующей зависимости:

где: G2,u - проекция абсолютной скорости на выходе из крыльчатки на окруж­ную скорость (окружная составляющая абсолютной скорости на выходе из крыльчатки).

В насосе с бесконечным числом лопаток любая струйка жидкости, пе­ремещающаяся от входа в колесо к спиральной камере, имеет одинаковые па­раметры. При конечном числе лопаток это условие нарушается. Со стороны лопатки, оказывающей силовое воздействие на жидкость, давление будет больше, рис.66,а. Такая неравномерность полей давлений связана с неравно­мерностью полей скоростей, рис.66,6. Относительная скорость будет больше на стороне лопатки, не оказывающей давление на жидкость.

Указанные распределения параметров вызывают изменения характера скорости жидкости в межлопаточном канале, т. е. приводят к появлению цирку­ляционных течений и к некоторому отклонению потока на выходе в сторону противоположную вращению, что определяет снижение напора, создаваемого насосом.

Рис.65

Треугольники скоростей на входе и на выходе из

крыльчатки центробежного насоса

Потери на циркуляцию оцениваются коэффициентом потерь насоса nЛ, который характеризует снижение напора, за счет конечного числа лопаток.

Теоретический напор насоса с конечным числом лопаток определяется из соотношения:

Для центробежного насоса:

где: D1,CP - средний диаметр лопатки крыльчатки на входе; - угол наклона лопатки крыльчатки на выходе.

а)

б)

Рис.66

Неравномерности полей давления, скорости и пульсации в межлопаточном канале крыльчатки

Объемная производительность насоса может быть определена по сле­дующей зависимости:

где: b2 - ширина выходного сечения крыльчатки.

Радиальная составляющая абсолютной скорости на выходе из крыльчатки С2,г определяется из выражения:

Теоретический напор насоса при бесконечном числе лопаток,  с учетом, рис.67, что:

равен:

Рис.67

Треугольник скоростей на выходе из центробежного насоса

Напорная характеристика насоса представляет зависимость напо­ра от объемной производительности при постоянном числе оборотов крыльчат­ки, рис.68.

Рис.68

Напорная характеристика насоса с бесконечным числом лопаток крыльчатки

116

В центробежных насосахменьше , т. к. при увеличе-

нии наблюдается существенный рост гидравлического сопротивле-

ния жидкости в межлопаточном канале.

Поток жидкости при движении от входного сечения насоса до выхода аз диффузора испытывает неоднократные повороты, проходит сужения и рас-ширения канала, обтекает входные кромки лопаток и т. п. Во всех этих случаях теряется энергия на преодоление местного сопротивления, кроме того, всегда существуют потери на трение жидкости о стенки. Эти суммарные потери энер­гии в процессе течения жидкости через насос составляют гидравлические поте­ри.

Зависимость гидравлических потерь в насосе от объемной производи­тельности очень сложна: минимальные гидравлические потери имеют место при расчетном режиме течения жидкости, т. е. при расчетном значении объем­ной производительности насоса. Действительная напорная характеристика на­соса  Нд= f ( V)  представляет собой параболу,  рис.69.

Рис.69

Напорные характеристики центробежного насоса

8.8. Кавитация

Кавитация - процесс образования пузырьков пара в тех зонах жидко­сти, в которых статическое давление меньше давления насыщенного пара,

завершающийся заполнением этих пузырьков жидкостью при их попадании в зону повышенного давления. Это явление наблюдается при чрезмерно больших скоростях жидкости (числах оборотов крыльчатки - n).

При высоких скоростях движения потока статическое давление может стать меньше давления насыщенных паров Ps и тогда происходит закипание

жидкости, т. е. возникает кавитация.

В колесе центробежного насоса в отношении кавитации наиболее опасным является сечение входа жидкости на лопатки колеса, где полное дав­ление жидкости минимально (насос еще не сообщил жидкости энергии), а аб­солютная и относительная скорости потока велики.

Высокие относительные скорости жидкости на входе в лопатку спо­собствуют образованию полостей пониженного давления с задней стороны ло­патки, рис.70, т. е. способствуют возникновению кавитации. Кроме того, нерав­номерное поле абсолютных скоростей при подходе к лопатке вызывает допол­нительное падение давления в струйках, где скорость будет больше средней.