книги / Методы исследования центробежных компрессорных машин

С ростом величины % чувствительность а. у. к углу скоса потока р, а следовательно, и возможная точность определения направления вектора скорости, повышается.

Для выяснения возможности использования а. у. при измере­ ниях в пространственном потоке необходимо определить абсолют­ ную или относительную погрешность, вносимую в показания а. у. при углах Ô, отличных от нуля. Задаваясь абсолютной ошибкой

вопределении угла р равной ±0,5°, получим максимально допу­ стимые углы ômax при измерениях тем или иным типом угломеров

впространственном потоке. Это означает, что при ô < ômax абсо­ лютная ошибка при определении угла р меньше или равна 0,5°.

По аналогии с уравнением (135) для оценки правильности изме­ ренной комбинированными трубками и зондами величины динами­ ческого давления или скорости введем безразмерный коэффи­

ками соответственно.

По аналогии с уравнениями (136) и (137) коэффициенты для

В общем случае величина скорости при измерениях комбини­ рованной трубкой или зондом будет больше или меньше истинной скорости в точке измерения на какую-то величину, оцениваемую

очередь, зависит от конструкции и качества изготовления прибора, его положения по отношению к потоку и ограничивающим стенкам и от параметров потока. Используя уравнения Бернулли для

несжимаемой жидкости, выражение для определения скорости комбинированной трубкой или зондом можно записать в следую­ щем виде:

Методика тарирования приборов в аэродинамических трубах изложена в [56, 59, 60]. Отметим, что по ряду соображений такое тарирование целесообразно дополнить или приходится заменить тарированием в проточной части моделей ц. к. Прежде всего,

враспоряжении исследователя не всегда может быть аэродинами­ ческая труба со скоростями, соответствующими числам М потока

вэлементах ступеней. Помимо этого определенные при низких М поправочные коэффициенты и коэффициенты нечувствительности могут отличаться от соответствующих величин при рабочих усло­ виях. К тому же значительная турбулентность, сильные градиенты и пульсации параметров потока существенно отличают условия

работы приборов в проточной части от условий тарирования в аэродинамической трубе.

При наличии эталонного прибора тарирование насадков непо­ средственно на месте их установки не отличается от тарирования в аэродинамической трубе.

При отсутствии эталонного прибора тарирование т. п. д. про­ водят следующим образом. В одной выбранной точке контрольного сечения или, например, в сходственных точках при осесиммет­ ричном потоке в бл. д. измеряются полные давления возможно большим количеством т. п. д. разных типов. Поскольку при из­ мерениях полного давления несовершенство прибора может только занижать показания, за эталонный принимают прибор, показывающий наибольшую величину полного давления г.

Тарирование т. с. д. можно производить в сечениях, где ста­ тическое давление постоянно и может контролироваться по отбо­ рам со стенок, например в бл. д. с параллельными стенками на некотором удалении от колеса и о. н. а. При тарировании а. у. важнее всего определить положение его аэродинамической оси. Пригодными можно признать приборы, у которых положение аэродинамической оси не зависит от М в том диапазоне, с которым придется иметь дело при опытах.

При исследовании течения в неподвижных элементах проточ­ ной части ц. к. в большинстве случаев наблюдается достаточно резкое изменение параметров потока как по длине, так и по шири­ не исследуемого канала. Несмотря на стремление выполнять при-

1 Если тарирование производится с помощью т. п. д. разных типов, может случиться, что абсолютные размеры некоторых из них окажутся настолько ве­ лики, что вызовут изменение сопротивления проточной части и, тем самым, смещение режима работы по производительности и напору. Это нужно иметь в виду при анализе результатов тарирования.

боры с учетом четвертого требования (см. стр. 107), аэродинами­ ческие схемы некоторых из них не позволяют сделать расстояние между приемным отверстием и осью державки достаточно малым. В некоторых случаях целесообразно вводить поправку, позволяю­ щую учитывать несовпадение приемных отверстий насадка с осью его держ авки,— так называемую поправку на Г-образность. (Название происходит от Г-образных т. п. д. и т. с. д., для которых эта поправка наиболее значительна.) Целесообразность введения этой поправки предопределяется структурой потока в исследуе­ мом канале, конструкцией применяемого насадка и требуемой точностью измерений.

Поправка на Г-образность при измерениях в диффузоре или

где щ — градиент измеряемого параметра в радиальном направле­

нии;

AR — расстояние по радиусу между осью державки и приемным отверстием насадка.

Здесь I — расстояние от приемного отверстия до оси державки насадка;

ах — угол между осью приемной части прибора и направле­ нием окружной скорости.

Действительные величины измеряемого параметра на радиусе с учетом поправки на Г-образность определяются по следующей

Следует указать, что в некоторых случаях пренебрежение поправкой на Г-образность может внести существенные ошибки в получаемые данные. Например, при определении статических давлений в безлопаточном диффузоре ц. к. с помощью Г-образной т. с. д., выполненной по имеющимся в литературе рекомендациям, на отдельных режимах ошибка достигала 10%.

Насадки, служащие для измерения только полных давлений, называются трубками полного давления. Вообще говоря, полное давление можно измерить отбором давления из критической точки

тела любой формы; это привело к употреблению в исследователь­ ской практике большого многообразия форм и размеров т. п. д.

В зарубежной литературе обычно все насадки, служащие для определения только полных давлений, называют трубками Пито. В отечественной литературе трубкой Пито обычно называется Г-образная т. п. д. Этот тип т. п. д. является наиболее изученным. На рис. 34 изображены различные формы приемной части Г-образ- ных т. п. д.

Обосновано теоретически и подтверждено экспериментально, что при дозвуковых скоростях течения поправочный коэффициент

Рис. 34. Различные формы приемной части Г-образных т. п. д.:

а — с цилиндрической головкой; б — с полусферической головкой;

в— со сферической головкой; г — с конической головкой; д — с цилин­ дрической головкой и зенковкой; е — с эллиптической головкой

К* Г-образной т. п. д. при нулевых углах скоса потока не зависит от формы носика, диаметра приемного отверстия и расстояния от носика до державки. Разумеется, это положение справедливо только в том случае, если приемное отверстие т. п. д. выполнено достаточно тщательно в форме окружности, лежащей в плоскости, перпендикулярной вектору скорости невозмущенного потока.

Чувствительность Г-образных т. п. д. к углам скоса потока в значительной степени зависит от соотношения диаметров трубки и приемного отверстия. Для т. п. д. с полусферической головкой

всех остальных геометрических соотношений. Испытания про­ водились в открытой аэродинамической трубе при скорости потока 30 м/сек. Наиболее характерные т. п. д. испытывались

при давлениях и температурах, близких к нормальным, влияние

ляющем большинстве случаев это условие выполняется.

Из известных типов т. п. д. наиболее простой и технологичной является цилиндрическая (рис. 36). Достаточно полное исследо­ вание этих т. п. д. приведено в работе [4]. Всего было исследо­

проводились в открытой аэродинамической трубе при скоростях 30 м/сек и на стенде ц. к. [72] при условиях, аналогичных при­ нятым при исследовании Г-образных т. п. д.

Анализ результатов испытаний показывает, что нечувстви­ тельность т. п. д. к углу скоса потока р не является функцией l/df, но увеличивается с ростом dJd-, и в исследованном диапазоне

тельность к углу Ô уменьшается. Поправочный коэффициент К* для всех исследованных т. п. д. при IIdx > 1,5 равен единице.

а— с Г-образным ниппелем; б — с прямым ниппелем

Впоследние годы широкое распространение для измерения полных давлений получили т. п. д. с протоком, основным достоин­

матическое изображение этих трубок с Г-образным и прямым нип­ пелями показано на рис. 37. Исследование более 25 типоразмеров т. п. д. с прямыми и Г-образными ниппелями [13] показало суще­ ственные преимущества первых по стоимости изготовления, технологичности и возможности их выполнения с малыми гео­ метрическими размерами без существенного увеличения инерцион­ ности. Основные характеристики и геометрические соотношения рекомендуемых т. п. д. с прямым ниппелем приведены в приложе­ нии 4. Там же для сравнения даны сведения о т. п. д. с Г-образным

ниппелем. При определении времени срабатывания и относитель­ ной стоимости изготовления за эталонную принята т. п. д. с пря­

имеющих сравнительно большие размеры исследуемых каналов,

чительной сложности изготовления, нестабильности аэродинами­ ческих характеристик, большой инерционности и по ряду других причин.

Делались попытки применить малогабаритные многоточечные т. п. д., осредняющие показания по исследуемому сечению (рис. 38, в). В частности, для определения средних давлений за обратным направляющим аппаратом одноступенчатой модели ц. к. устанавливались трубки этого типа [26]. Такое решение нельзя считать правильным по причине малой нечувствительности ци­ линдрических т. п. д. к углам р и ô и невозможности установить истинную величину средних давлений по сечению из-за отсут­ ствия гарантии правильного осреднения измеренных полных давлений.

Анализ имеющихся в литературе материалов и опыт работы на экспериментальных стендах показывает, что для измерения полных давлений в неподвижных элементах проточной части центробежных компрессоров целесообразно использовать следую­ щие типы т. п. д.

Основные геометрические соотношения и газодинамические харак­ теристики рекомендуемых т. п. д. даны на рис. 37 и в приложе­ нии 4. Эти же т. п. д. целесообразно использовать при измере­ ниях и в практически плоском потоке при отсутствии возмож­

использовать исключительно технологичные, малогабаритные и

этого типа удобно применять при измерении полного давления вблизи стенок, ограничивающих исследуемый канал. В этом случае их установка может быть выполнена так, как изображено на рис. 39. При этом возможно определение полных давлений в непосредственной близости от стенки.

Данные по коэффициенту /С* и области нечувствительности к углам скоса потока для рекомендуемых приборсв действительны

Рис. 38. Многоточечные т. п. д.

Рис. 39. Установка цилиндри­ ческой т. п. д. при измерениях вблизи стенок, ограничивающих канал

Рис. 40. Измерение полных давлений различными приборами в бсчпппяточном диффузоре (Рл2 = 49°; Mw= 0,65):

Измерение статических давлений на поверхности отдельных элементов ц. к. нужно как для изучения картины обтекания по­ верхностей, образующих проточную часть машины, так и для опре­ деления средней величины статического давления в контрольном сечении. В отдельных сечениях, расположенных, например в диф­ фузорах с параллельными стенками, на входе в рабочее колесо при осевом всасывании, на входе и на выходе из ступени, секции или компрессора, статические давления меняются очень мало. Следует отметить простоту и удобство измерения статического давления на противоположных стенках сечения; в этом случае не требуется применения других приемников при проведении из­ мерений.

При выполнении приемных отверстий для определения ста­

Ось приемного отверстия должна быть перпендикулярна по­ верхности, омываемой потоком газа. Но иногда лучшее совпаде­ ние давлений, измеренных отверстиями на поверхности со сред­ ними статическими давлениями в рассматриваемом сечении,

Рис. 41. Влияние формы и расположения приемных отверстий на погрешность измерения давлений на поверхности

наблюдается в том случае, если ось приемных отверстий состав­ ляет острый угол с направлением потока. Очевидно, что опти­ мальная величина этого угла определяется для каждого конкрет­ ного случая как функция параметров потока и характера обтека­ ния стенки.

Относительно выбора диаметра приемного отверстия имеется ряд работ с весьма противоречивыми рекомендациями. Практи­ чески диаметр приемного отверстия dc следует выбирать в преде­ лах 0,5— 1 мм. Принимать диаметр менее этой величины нежела­ тельно из-за легкой засоряемости и возрастания инерционности системы. При больших величинах dc следует ожидать местных возмущений вблизи точки измерения. В этом случае измеритель­ ный прибор будет регистрировать не только статическое, но и часть динамического давления.