Структура пульсации давления в полостях полуоткрытого рабочего колеса центробежного насоса Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Решетневские чтения

Сб. науч. тр., посвящ. 50-летию веч. фак. ИЭТ СГАУ Ин-та энергетики и транспорта Самар. гос. аэрокос-мич. ун-та им. акад. С. П. Королева. Вып. 1. Самара. 2006. С. 21-22.

3. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания : справ. в 10 т. / В. Е. Але-масов [и др.] ; под ред. В. П. Глушко. М. : ВИНИТИ, 1971. Т. 10.

D. A. Kolmakova

Samara State Aerospace University named after academician S. P. Korolyov (National Research University), Russia, Samara

NONLINEAR REPRESENTATION OF THERMODYNAMIC CHARACTERISTICS OF ADVANCED FUELS FOR AVIATION AND SPACE

The search for dependences that meet all necessary econometric criteria is carried out. Equations check in terms of calculation results accuracy is made. Three-dimensional model of the dependencies are constructed. Recommendations on application of dependence for rocket and aircraft engines in the different ranges of variation of the excess oxidant are provide on the basis of the information obtained.

© KojiMaKffia fl. A., 2010

УДК 629.45.532.562

М. В. Краев, Е. М. Краева, И. С. Протевень

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

СТРУКТУРА ПУЛЬСАЦИИ ДАВЛЕНИЯ В ПОЛОСТЯХ ПОЛУОТКРЫТОГО РАБОЧЕГО КОЛЕСА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА*

Изложен материал по структуре пульсаций давления при вращении центробежного рабочего колеса полуоткрытого типа. Рассмотрены значения амплитуд пульсаций давления в исследуемой полости.

Структура течения при турбулентном обтекании свободной плоской струей впадины впервые была исследована Р. Л. Хагеном и А. М. Данаком в 1966 г., а также была представлена физическая модель обтекания прямоугольной впадины в виде отрывного течения с образованием многоконтурных вихревых нестационарных зон [1] (см. рисунок).

На основании исследований по визуализации потока, данных работы [2] и измерения его параметров в осевом зазоре между корпусом и вращающимся рабочим колесом (РК) с открытыми торцами лопаток

сформирована модель струйно-вихревого обтекания каналов РК центробежного насоса [3]. Поток жидкости в межлопаточном канале такого РК подвергается непосредственному силовому воздействию лопаток. Жидкость в осевом зазоре закручивается за счет сил трения и проскальзывает относительно торцев лопаток РК. Таким образом, на одном и том же радиусе частицы жидкости в канале и осевом зазоре движутся с различной окружной скоростью, что приводит к их относительному перемещению в радиальном и осевом направлениях.

Физическая модель обтекания прямоугольной впадины

*Работа выполнена при финансовой поддержке гранта ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., ГК № П231 от 23.04.2010 г.

Двигатели, энергетические установки и системы жизнеобеспечения летательных аппаратов

Таким образом, как на входном участке РК с полуоткрытыми лопатками, так и по его радиусу не вся проточная часть каналов колеса заполняется потоком, движущимся от входа в рабочее колесо до выхода. Частично она заполнена потоком обратного течения. Закрученные в сторону вращения РК обратные токи перетекают в соседний канал на меньший радиус и увлекаются обратно в проточную часть. При этом образуется вихревая зона, жидкость в которой не участвует в расходном течении через насос. С увеличением подачи через насос при ю = const параметры вихревой зоны снижаются, что выражается в уменьшении радиальной закрутки потока.

В окружном направлении движение потока жидкости в осевом зазоре относительно лопаток приводит к образованию в каналах РК циркуляционной зоны вследствие обтекания потоком впадины [1]. Взаимодействие между набегающей струей и жидкостью в каналах РК приводят к появлению циркуляционного течения в канале за лопаткой, приводящее к пульсациям давления в полостях вращения РК с открытыми или полуоткрытыми лопатками решетки профилей.

Пульсации давления, возбуждаемые в потоке любым элементом гидравлического тракта, передаются в соседние полости, усиливаясь и ослабевая, и влияют на работу узлов и устройств насосного агрегата и их динамические характеристики. Например, «пички» давления, возникающие от вращения лопаточной поверхности РК насоса, вызывают колебания давления в соседних полостях, нарушают устойчивость работы торцового уплотнения, ухудшают охлаждение подшипника, изменяют величину и характер осевой силы ротора.

Измерение статической и пульсационной составляющих давления на различных радиусах РК диаметром 80 мм с числом лопаток г = 18 производилось с помощью датчиков давления ДД-10 в комплекте с приборами ИВП-2 и фиксировалась на ленте шлейфо-вого осциллографа типа К-121 и лучевом запоминающем осциллографе. Испытания проводились при безрасходном и расходном течениях от 0,74-10-6 до 22-10-6 м3/с. На осциллограммах ярко выражены две частоты: роторная, обусловленная осевой неравномерностью и колебаниями ротора, и лопаточная, определяемая вихревой структурой и неравномерностью давления по ширине межлопаточного канала РК. Амплитуда колебаний давления достигала 30 % от величины статического давления и увеличивалась по квадратичной зависимости с увеличением угловой скорости ротора и расхода рабочей жидкости. При этом следует отметить, что при расходах, значительно меньших, чем номинальный (расчетный), возрастание пульсаций давления перемещается с большего радиуса РК на меньший.

Библиографические ссылки

1. Хаген Р. Л., Данак А. М. Перенос импульса при турбулентном отрывном обтекании прямоугольной впадины // Тр. Амер. о-ва инженеров-механиков. Сер. Д. Прикладная механика. 1966. № 3. С. 189-195.

2. Краев М. В., Овсяников Б. В., Шапиро А. С. Гидродинамические радиальные уплотнения высокооборотных валов. М. : Машиностроение, 1976.

3. Краева Е. М. Высокооборотные насосы аэрокосмических систем малого расхода : моногр. / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2005.

M. V. Kraev, E. M. Kraeva, I. S. Proteven Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

STRUCTURE OF THE SURGE PRESSURE IN THE CAVITY OF SEMIOPEN IMPELLER OF CENTRIFUGAL PUMP

The material on the structure of pressure _ fluctuations during the rotation of the centrifugal impeller semi-open is presented. The amplitudes of pressure fluctuations in the investigated cavity are considered.

© KpaeB M. B., KpaeBa E. M., npoTeBem H. C., 2010