УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МОДЕЛЕЙ ОСЕВЫХ НАСОСОВ

Полезная модель относится к области гидродинамических средств эксперимента и касается вопросов экспериментального определения расходно-напорных характеристик осевых насосов, в том числе гидродинамических сил, действующих на его несущие элементы: на рабочее колесо (РК) и спрямляющий аппарат (СА), а также для определения кавитационных характеристик этих элементов.
Качество проектируемого осевого насоса определяется точностью обеспечения требуемых его расходно-напорных характеристик и к.п.д. Это возможно только при определении гидродинамических сил, действующих на каждый из упомянутых элементов осевого насоса. Обычно 10-15% энергии, подводимой к вращающемуся рабочему колесу насоса, расходуется на закручивание потока. Кроме того, рабочее колесо создает сильные вихревые возмущения в отбрасываемом потоке. Раскручивание потока и гашение вихревых возмущений осуществляется спрямляющим аппаратом типа контрпропеллера, и за счет этого осуществляется значительное повышение к.п.д. осевого насоса. Рабочему колесу должен соответствовать свой спрямляющий аппарат, который в принципе позволяет полностью устранить закрутку потока. Однако расчетным путем не всегда можно подобрать спрямляющий аппарат с геометрией, обладающей требуемым свойством. Нередко спрямляющий аппарат либо недостаточно раскручивает поток, либо происходит чрезмерная раскрутка потока, что и в том и в другом случае приводит к снижению эффективности насоса в целом. По этой причине для правильного проектирования осевого насоса необходимо обследовать согласование гидродинамических характеристик рабочего колеса и спрямляющего аппарата, а именно влияния этих элементов на суммарный напор насоса.
Известно устройство, основанное на принципе определения напора осевого насоса посредством измерения перепада давления перед рабочим колесом и за спрямляющим аппаратом (А.И. Папир, Осевые насосы водометных движителей, Л.: «Судостроение», 1965.) - прототип. Устройство содержит устанавливаемый в водную среду водовод в виде участка цилиндрической трубы, внутри которой расположены рабочее колесо, установленное на приводном валопроводе, связанном в электродвигателем, и спрямляющий аппарат, размещенный за рабочим колесом. В устройстве имеется средство в виде трубки Пито для измерения расхода воды и перепада давлений.
Однако, указанное устройство позволяет корректно определить только суммарный напор насоса, так как место расположения точек измерения давления ограничено зонами перед и за осевым насосом, где поток имеет небольшие возмущения, то есть он практически однороден. Попытки же определения напора собственно на рабочем колесе посредством измерения давления перед и за рабочим колесом, как правило, приводят к значительным ошибкам, так как за рабочим колесом поток имеет большую закрутку и содержит значительные вихревые возмущения. Принципиально та же картина наблюдается и для спрямляющего аппарата с той лишь разницей, что сильно возмущенный поток, исключающий корректную регистрацию давления, формируется перед спрямляющим аппаратом.
Задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение получения достоверных результатов определения комплексных гидродинамических характеристик осевых насосов путем создания возможности выполнения одновременного измерения упора и крутящего момента непосредственно на рабочем колесе и непосредственно на спрямляющем аппарате.
Это достигается тем, что в состав устройства для определения комплексных гидродинамических характеристик моделей осевых насосов, включающего устанавливаемый водную среду водовод в виде участка цилиндрической трубы, расположенное внутри водовода рабочее колесо, установленное на приводном валопроводе, связанном с электродвигателем, и размещенный за рабочим колесом спрямляющий аппарат, а также средство для измерения расхода воды и скорости потока в водоводе в виде трубки Пито, по полезной модели спрямляющий аппарат размещен механически развязанным относительно водовода с образованием зазора между концами его лопаток и стенокой водовода и жестко установлен на введенном в состав устройства валу, размещенном за спрямляющим аппаратом и закрепленном своим противоположным концом на стопорном узле, расположенном вне водовода, причем устройство оснащено связанным с регистрирующей аппаратурой динамометрами для измерения упора и крутящего момента раздельно на спрямляющем аппарате и на рабочем колесе.
Кроме того, зазор между концами лопаток спрямляющего аппарата и стенкой водовода не превышает 0,01 радиуса водовода.
При этом средняя по длине часть стенки водовода, в районе расположения рабочего колеса, выполнена прозрачной.
Размещение спрямляющего аппарата в водоводе механически развязанным относительно него и установка спрямляющего аппарата на введенном в состав устройства валу, оснащенном динамометром вне водовода, позволяет производить одновременное измерение упора и крутящего момента непосредственно на спрямляющем аппарате, как и аналогичные измерения другим динамометром на рабочем колесе.
Величина зазора между концами лопаток спрямляющего аппарата и стенкой водовода, составляющая не более 1% радиуса водовода, необходима для исключения его влияния на силовые характеристики спрямляющего аппарата.
Выполнение средней по длине части стенки водовода в районе расположения рабочего колеса прозрачной позволяет визуально фиксировать кавитационные процессы, развивающиеся на лопастях рабочего колеса при работе модели осевого насоса.
Сущность полезной модели поясняется рисунком (Фиг), на котором схематически представлено устройство для определения комплексных гидродинамических характеристик моделей осевых насосов.
Устройство включает в себя водовод 1, устанавливаемый в водную среду, представляющий собой участок цилиндрической трубы, внутри которой расположены рабочее колесо 2, которое установлено на приводном валопроводе 3, связанном с электродвигателем 4, спрямляющий аппарат 5, расположенный за рабочим колесом 2. Устройство так же имеет средство 6 для измерения расхода воды и скорости потока в водоводе 1 в виде трубки Пито, установленной внутри водовода 1. Спрямляющий аппарат 5 размещен в трубе водовода 1 механически развязанным относительно водовода 1 с зазором между концами своих лопаток 7 и стенкой водовода 1, равным не более 1% радиуса водовода 1, и установлен жестко закрепленным на конце введенного в состав устройства вала 8, размещенного за спрямляющим аппаратом 5. Противоположный конец вала 8 закреплен на стопорном узле 9, размещенном вне водовода 1. Приводной валопровод 3 рабочего колеса 2 и вал 8 спрямляющего аппарата 5 оснащены соответствующими динамометрами 10, 11 для измерения упора и крутящего момента, установленными на упомянутых валах 3, 8. Средняя по длине часть 12 стенки водовода в районе расположения рабочего колеса 2 выполнена прозрачной для обеспечения визуального фиксирования кавитационных процессов, развивающихся на лопастях рабочего колеса 2 при работе модели осевого насоса.
Работа устройства для определения комплексных гидродинамических характеристик моделей осевых насосов осуществляется следующим образом.
При работе осевого насоса рабочее колесо 2 приводится во вращение электродвигателем 4 через приводной валопровод 3, в проточной части водовода 1 создается закрученный поток воды, который после рабочего колеса 2 раскручивается спрямляющим аппаратом 5 и через выходное сечение водовода вытекает из осевого насоса. Скорость потока и расход воды в водоводе 1 определяются с помощью трубки Пито 6. В процессе проведения эксперимента производится определение комплексных гидродинамических характеристик осевого насоса, для чего с помощью динамометра 10 на приводном валопроводе замеряются упор и крутящий момент непосредственно на рабочем колесе 2, и при этом одновременно с помощью динамометра 11 - упор и крутящий момент непосредственно на спрямляющем аппарате 5. Полученный таким образом комплекс гидродинамических параметров позволяет получить более подробную информацию о расходно-напорных характеристиках насоса, основываясь на которых осуществляется оптимизация конструкции осевого насоса.
Устройство может быть использовано при размещении его как в гидродинамической установке с обращенным движением потока воды, так и на буксировочной тележке опытового бассейна, а также в стационарном водоеме.
Предлагаемое устройство позволяет получить достоверные результаты определения комплексных гидродинамических характеристик моделей осевых насосов путем обеспечения одновременного измерения упора и крутящего момента непосредственно на рабочем колесе и на спрямляющем аппарате. Этим обеспечивается преимущество создаваемых осевых насосов в сравнении с прототипом.