К постановке задачи исследования дисковых насосов трения Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Решетневские чтения

УДК 669.713.7

А. А. Кишкин, П. Н. Смирнов, С. И. Пшенко

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

К ПОСТАНОВКЕ ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ ДИСКОВЫХ НАСОСОВ ТРЕНИЯ

Рассмотрены дисковые насосы, которые несмотря на невысокие энергетические характеристики имеют неоспоримое преимущество по кавитационным качествам перед широко распространенными лопастными насосами, максимальную частоту вращения на валу, отличаются малым уровнем шума, простотой изготовления, низкой стоимостью. При сравнительно малом износе дисковые насосы способны перекачивать суспензии металла и жидкости.

Насосы представляют собой энергетические машины или установки, в которых перемещение рабочей жидкости осуществляется в результате преобразования подводимой энергии в энергию потока. В насосах трения подвижный элемент конструкции перемещает жидкость под действием сил вязкости, в результате чего механическая энергия жидкости увеличивается за счет подводимой извне энергии.

Дисковый насос трения (см. рисунок) состоит из размещенного в корпусе 1 колеса 2, состоящего из нескольких тонких скрепленных между собой по периферии дисков, между которыми имеются небольшие зазоры для прохода жидкости, и отводящего устройства. При вращении колеса жидкость, находящаяся в зазоре между дисками, закручивается ими за счет трения, и энергия от рабочего колеса передается перекачиваемой жидкости. В последующих элементах кинетическая энергия преобразуется в значительной части в энергию давления.

Конструкция дискового насоса трения

На некоторое время интерес к дисковым насосам был утерян вследствие быстрого развития

теории и практики лопастных гидромашин, так как дисковые насосы имеют малый КПД по сравнению с лопастными машинами. Лишь с внедрением в пищевую и химическую промышленность новых прогрессивных технологических процессов, а также в связи с освоением месторождений высоковязкой нефти, развитием судостроения, интерес к дисковым насосам возродился. Это обусловлено тем, что на работоспособность дисковых насосов не влияет чистота рабочего тела: они способны перекачивать как чистые жидкости и газы, так и парогазовую смесь, в которой могут присутствовать и твердые примеси. Особое значение имеет исследование возможности применения дисковых насосов трения в агрегатах подачи гидравлических систем летательного аппарата с предельными антикавитационными свойствами.

В результате исследований характеристик дисковых насосов было показано, что насосы этого типа имеют высокие антикавитационные свойства, особенно при перенесении крепления дисков между собой на их внешний диаметр. Определенные успехи достигнуты в изучении турбулентных течений в щели между вращающимися дисками рабочего колеса. Показаны преимущества дисковых насосов перед лопастными в области низких коэффициентов быстроходности при малых объемных расходах по эффективности и по шумовым и кавитационным характеристикам. Значительное внимание уделяется исследованию режимов работы дисковых насосов при ламинарном течении жидкости, которое реализуется при определенном сочетании геометрических и гидродинамических параметров. Дисковый насос при этом способен работать с большим КПД, так как при ламинарном режиме имеет место меньшая скорость проскальзывания жидкости относительно дисков и, как результат, более эффективная передача энергии.

Двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования космическиХ.аппаратов

A. A. Kishkin, P. N. Smirnov, S. I. Pshenko Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

TO THE STATEMENT OF THE PROBLEM OF DISK PUMP INVESTIGATION

Disk pumps, despite low power characteristics, have conclusive advantage on cavitation qualities before wide-spreading blade pumps. The maximum frequency of rotation also is reached on a shaft of the disk pump. The pumps differ in small noise level, manufacturing simplicity and low cost. Disk pumps are capable to pump over metal and liquid suspensions at their rather small deterioration.

© Кишкин А. А., Смирнов П. Н., Пшенко С. И., 2009

УДК 621.455-181.4:629.78

М. В.

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

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОБТЕКАНИЯ ЛОПАСТИ РАБОЧЕГО КОЛЕСА ГИДРОМАШИНЫ*

Приводятся расчетные соотношения по обтеканию лопасти гидромашины, которые позволяют оценить отрывной характер обтекания лопасти и условия отрывного течения.

В межлопаточном канале рабочего колеса образующие осесимметричной поверхности линий токов параллельны основному и покрывному дискам, которые обычно перпендикулярны оси вращения. Угол наклона покрывного диска к плоскости вращения - менее 10°. На этом основании принято, что ось г совпадает с осью вращения, тогда м> = w2, wx = м>у = 0.

Для ламинарного потока с градиентом давления по длине канала безотрывное течение реализуется только при очень малой диффузорности. Условие безотрывного течения в диффузорном канале в виде уравнений изменения скорости W(x) и толщины ламинарного пограничного слоя 5(х) запишется как

(

W( x) < w1

1 +1 -

V • x

WA

(1)

S(*) < S

1 +1 -

V • x

W2 S1

(2)

Для линейного распределения скорости потока в канале W(x) = w1R1lx1 решение уравнений (1) и (2) дает значение точки отрыва:

(

x = R

1 +100

100v•x

w1s2

Y

(3)

Из уравнения (3) следует, что точка отрыва в диффузорном канале с плоскими стенками не зависит от угла раствора канала и имеет место при хотр = 1,2^^ возникая при малой степени замедления потока, которая пропорциональна х-0'1. Следует отметить, что значение точки отрыва в уравнении (3) получено без учета вытесняющего действия пограничного слоя.

Таким образом, даже при безударном натека-нии потока диффузорный характер течения обеспечивает отрыв пограничного слоя на передней стороне лопатки.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта АВЦП РНП ВШ № 2.1.2/802.