книги / Методы исследования центробежных компрессорных машин

В работе [72] показано, что изменение dc от 0,2 до 5 мм не оказывает заметного влияния на величину статического давле­ ния, измеренного на задней и передней стенках плоского бл. д.

статическое давление при различных формах и расположении приемных отверстий [56].

Кромки приемных отверстий должны быть тщательно зачи­ щены во избежание влияния местных возмущений на величину измеряемого давления. Заусенцы, образующиеся при сверлении приемных отверстий, могут привести к погрешности 15—20% от величины динамического давления. Строгие рекомендации, определяющие чистоту поверхности вблизи приемных отверстий, нам неизвестны. По данным ЛПИ, при чистоте поверхности про­

Наиболее универсальным методом определения статических давлений является не измерение со стенок, а снятие полей стати­ ческих давлений специальными приборами. Для измерения только

стинку, расположенную вдоль линии тока, или же движущееся вместе с газом тело произвольной формы и бесконечно малого размера. Практически осуществить это невозможно, поэтому при измерении статических давлений всегда имеется погреш­ ность, величина которой зависит от ряда факторов — параметров потока, геометрических размеров канала, формы и размеров при­ емной части т. с. д.

Наиболее широкое распространение при исследовании ц. к. получили Г-образные т. с. д. (рис. 42).

При конструировании Г-образных т. с. д. и выборе их основных геометрических соотношений руководствуются распределением давления по полутелу. Наряду с этим необходимо учитывать воз­ мущение потока, вызываемое влиянием державки, расположенной на конечном расстоянии от оси приемных отверстий. Влияние державки и носика на величину давления на поверхности полутела, ограниченного державкой, имеет противоположный знак. Это позволяет опытным путем выяснить оптимальные величины

/ 2 и 1г — / 2, при которых влияние возмущений от носика и дер­ жавки минимально.

Результаты исследований, выполненных различными авто­ рами, показывают, что наиболее целесообразно для Г-образных т. с. д. применять полусферическую форму носика. Это позволяет при прочих равных условиях значительно сократить величину 12.

Для улучшения работы Г-образных т. с. д. считают нужным

рядом с приемными отверстиями скачки уплотнений могут суще­ ственно исказить измеряемое этими отверстиями давление. Таким образом, применение т. с. д., удовлетворительно работающих при малых числа М, при больших скоростях может вызвать значительные погрешности. На рис. 43 показана зависимость по­ казаний т. с. д. от числа М при различных углах скоса пото­ ка р [69].

По имеющимся литературным данным, рекомендуемые гео­ метрические соотношения для проектирования Г-образных т. с. д. с полусферической головкой колеблются в довольно широком

рис. 42 и приложение 6). Испытания при М ^ 0 ,2 ■*- 0,6 показали целесообразность применения указанных т. с. д. для исследова­ ния ц. к. с достаточно узкими каналами [5].

Помимо тщательно изученных Г-образных т. с. д. при измере­ ниях статических давлений в потоке газов применяются и другие типы насадков. На рис. 44 схематически показана т. с. д. с одним диском (так называемый диск Сера). К преимуществам такого конструктивного выполнения т. с. д. следует отнести независи­ мость показаний от угла р.

Рис. 43. Влияние числаМ на показания Г-образных т. с. д. с полу­ сферической головкой при различных углах р

У этого типа насадка имеются и недостатки: 1) повышенные требования к чистоте обработки приемной части насадка и к точ­ ности его изготовления; 2) очень большая чувствительность к углу Ô между плоскостью диска и вектором скорости газового потока; 3) необходимость исключительно осторожного обращения с прибором во избежание малейших повреждений диска.

Из-за высоких требований, предъявляемых к тщательности изготовления приемной части, и трудности контроля их выпол­ нения количество т. с. д. с одним диском с удовлетворительными характеристиками не превышает 60—70% от общего числа изго­ товленных насадков этого типа [5]. Оптимальные геометрические соотношения рекомендуемых т. с. д. с одним диском приведены

вприложении 6.

Вработе [56] имеются сведения о целесообразности примене­ ния для измерения статического давления в пространственном

имеющие стабильные характеристики в широком диапазоне изме­ нения числа М. Перспективной является конструкция шаровой т. с. д., изображенной на рис. 46.

2 2 . У г л о м е р ы

Знание направления вектора скорости необходимо для опреде­ ления проекций скорости на оси координат и для правильной ориентации приборов, служащих для измерения параметров потока.

Приборы, предназначенные исключительно для определения направления вектора скорости, называются угломерами. Приме­ няемые в настоящее время угломеры следует разделить на два типа: аэродинамические (а. у.) и флажковые (ф. у.).

Определение направления вектора скорости флажковым угло­ мером основано на самоустановке флажка, помещенного в поток газа, параллельно этому вектору. На точность показаний ф. у. помимо параметров потока влияют форма и геометрические раз­ меры флажка и державки. В литературе отсутствуют сведения, позволяющие правильно выбрать геометрию этих элементов. В зависимости от формы и размеров флажка; конструкции угло­ мера и параметров потока точность измерения направления век­ тора скорости ф. у. , по литературным данным, колеблется от 0,2 до 3,5° [93, 120]. Исследования показали, что даже применение ф. у. со специальным демпфирующим устройством не позволяет погасить колебания флажка, доходящие до 5—8°. Помимо этого,

ф. у. в силу сравнительно больших геометрических размеров флажка измеряют осредненные углы как по ширине, так и по длине канала в гораздо большей степени, чем а. у.

в приемных отверстиях должны быть равны, если направление скорости потока симметрично относительно этих отверстий. Под­ соединив трубки к U-образному манометру, поворотом аэродина­ мического угломера, установленного в координатнике, добиваются совпадения уровней в обеих ветвях манометра. Угол поворота

а. у. до этого положения и определит направление потока относи­ тельно начального. В качестве последнего обычно берется одна из осей координат ц. к.

Как показали экспериментальные исследования [3], наиболее перспективными являются Г-образные а. у. с наружным углом (рис. 47, а) и двухканальные цилиндрические а. у. (рис. 47, в). Последние будут рассмотрены в п. 23, так как их применение наи­ более целесообразно в совокупности с приемником для измерения полного давления, т. е. в виде трехканального цилиндрического зонда.

Анализ результатов испытания Г-образных а. у. с геометри­ ческими соотношениями, указанными в приложении 7, позволяет дать некоторые рекомендации [3].

Для всех типоразмеров а. у. чувствительность к углу скоса потока р, определяемая величиной %, при тарировании в аэроди­ намической трубе и при испытаниях в безлопаточном диффузоре ц. к. примерно равна и практически не зависит от Hd1 при lld 1 = = 3 + 9. Существенное влияние на чувствительность к р оказывает

Нечувствительность к углу ô практически не зависит от Udx в диапазоне lld 1 = 3-ь9, от величины угла 0, от выполнения а. у.

снаружным или внутренним скосом и колеблется в пределах ômax ^

%10-ь25°. При этом абсолютная погрешность при измерении угла р не превышает 0,5°. По-видимому, на величину ômax суще­ ственное влияние оказывает качество изготовления а. у.

Форма приемной части исследованных а. у. затрудняет их ввод в исследуемый канал и уплотнение в месте ввода. Во избежа­ ние смещения аэродинамической оси угломера необходима особая осторожность при хранении и эксплуатации этого типа насадков.

По данным испытаний на экспериментальном стенде ц. к. время срабатывания для всех типоразмеров а. у. вполне удовлетвори­ тельно и составляет в зависимости от режимов работы ступени не более 1—2 сек.

Анализируя данные, приведенные выше, можно сделать неко­ торые выводы.

1. Для определения вектора скорости в практически плоском потоке и в пространственном потоке с ô < 10-ь25° в каналах с относительно малыми геометрическими размерами целесообразно применять Г-образные а. у. с наружным углом 0 = 60° и Ud1 =

-3-М .

2.Возможная точность измерения направления скорости зави­ сит от чувствительности угломера и регистрирующего прибора и

точность измерения угла в безлопаточном диффузоре на стенде [72 ] составляла около 0,5°. В качестве регистрирующего прибора использовался одношкальный жидкостный манометр, залитый водой.

3. Вопрос о необходимости введения поправки на Г-образность при работе с а. у. решается для каждого частного случая в зави­ симости от структуры исследуемого потока, формы угломера и требуемой точности измерения.

2 3 . К о м б и н и р о в а н н ы е т р у б к и и з о н д ы

Для одновременного измерения нескольких параметров потока служат комбинированные трубки и зонды. Первые предназначены для измерения полного и статического давления и их разности — динамического давления. Зонды служат помимо этого также и для определения направления потока. Наибольшее распространение при исследовании ц. к. получили пятиканальные шаровые и трех­ канальные цилиндрические зонды, служащие соответственно для изучения пространственного и практически плоского потока.

Комбинированные трубки могут иметь самую произвольную форму. Некоторые трубки, у которых приемные отверстия распо­ ложены в передней и задней критических точках приемной части,

показаны на рис. 48. Их достоинствами являются простота изго­ товления, малые размеры и в некоторых случаях возможность проведения измерений в сильно запыленных газовых потоках. Однако сравнительно большие отклонения поправочных коэффи­ циентов при измерении статического и динамического давлений от единицы, малая изученность трубок, а также отсутствие реко­ мендаций по их основным геометрическим соотношениям и нели­ нейность изменения поправочных коэффициентов в зависимости

угла скоса потока до ±15°. Некоторые исследователи уменьшают эту величину до ± 10° [69 ]. Такая нечувствительность к углу скоса потока при определении динамического давления легко объяс­ няется равномерностью падения как полного, так и статического

давления в диапазоне р = ±15°. При этом разность р * — р,

определяющая величину динамического давления, остается по­ стоянной.

При оценке влияния угла скоса потока на показания трубки Брабе нетрудно заметить, что полное давление остается постоян­ ным в диапазоне ±15°. Однако эти трубки очень чувствительны к углу скоса потока при определении статического давления. Это и приводит к тому, что нечувствительность трубок Брабе к углу Р при определении величины скорости практически равна 0.

Таким образом, предпочтение при определении скорости, т. е. р и рд, следует отдавать трубкам Прандтля. Однако при определе­ нии величины р* эти трубки явно уступают по своим характери­ стикам трубкам Брабе.

Рис. 49. Г-образные комбинированные трубки:

— форма Прандтля; б — форма Брабе; в — возможные варианты выполнения приемных отверстий для определения статических давлений

Рис. 50. Влияние угла скоса потока Р на показания трубок Прандтля и Брабе:

------- —форма Прандтля,--------- —форма Брабе

Большинство замечаний, приведенных для Г-образных т. п. д. и т. с. д., можно распространить и на трубку Прандтля. Однако в последнем случае следует принять во внимание изменение кар­ тины обтекания приемной части трубки из-за искажения формы носика отверстием для измерения полного давления. Это приводит к существенным погрешностям при измерении статических давле­ ний трубкой Прандтля даже при числах М набегающего потока, значительно меньших единицы [69].

Рис. 51. Влияние стенки, ограничивающей канал, на пока­ зания трубок Прандтля:

X —вариант / с отбором статического давления через щель шири­ ной 0,3 мм; О —вариант I с отбором статического давления через 10 отверстий 0 0,2 мм, Л —вариант II с отбором статического да­ вления через 10 отверстий 0 0,2 мм

Интересные данные получены [118] при рассмотрении влияния стенок, ограничивающих канал, на показания трубки Прандтля

сдиаметром 3 мм (рис. 51). Исследования проводились с трубкой

сщелевым приемным отверстием и с трубкой, имеющей 10 отвер­ стий для измерения статического давления. При этом остальные геометрические размеры были выдержаны в соответствии с имею­ щимися рекомендациями (см. рис. 49). Уменьшение расстояния от места измерения до стенки канала довольно существенно влияет на показания трубки Прандтля и может внести значительные ошибки при определении величины скорости. Испытания прово­ дились при скорости около 30 м/сек.

Из-за недостаточной точности современных микроманометров нижним пределом скоростей, определяемых трубкой Прандтля, следует считать 6—8 м/сек. По-видимому, трубка Прандтля может обеспечить достаточную точность определения величины скорости вплоть до М = 0,7-*-0,8.