ВРАЩАЮЩИЙСЯ СРЫВ В ОСЕВЫХ ВЕНТИЛЯТОРАХ

Башков В.М., Гусенцова Е.С.

Вопросы устойчивости режимов работы вентиляторов относятся к числу наиболее сложных и малоизученных. Это вызвано сложностью решения уравнений гидродинамики, определения той или иной гипотезы турбулентности.

Наиболее изученными формами нарушения устойчивости работы вентилятора можно считать помпаж и вращающийся срыв. Однако еще нет общепризнанной теории, в полной мере описывающей эти явления, и известно сравнительно мало устройств, надёжно устраняющих вредное влияние этих явлений на работу осевой турбомашины

В осевых вентиляторах вращающийся срыв начинается у концов лопасти из-за некоторой радиальной неравномерности потока при подходе к рабочему колесу, которой при профилировании лопаток пренебрегают [1]. Из-за меньшей осевой скорости у периферии колеса углы атаки здесь оказываются большими, чем в остальных сечениях лопатки. Срыву у концов лопаток способствует накопление пограничного слоя, стекающего сюда под действием центробежной силы [2].

В результате срывная зона занимает концы лопаток, в то время как около втулки сохраняется нормальный режим обтекания. Срыв удерживается не по всей окружности колеса, а лишь в некоторых ее секторах (одном, двух или нескольких). Появление замкнутого течения и то, что активный поток в колесе взаимодействует со срывными зонами примерно так, как если бы эти зоны были твердыми телами, приводит к значительном дополнительным потерям давления [2].

В результате при образовании срывных зон развиваемое вентилятором давление падает, а на напорной характеристике получается обратный склон или разрыв.

Теоретическое исследование срывного режима затруднено его выраженной нестационарностью и невозможностью его описание классическими методами [3]. Поэтому в работе выбран статистический метод, при котором были исследованы срывные зоны 30 вентиляторов ЦАГИ, выполненных по основным аэродинамическим схемам. Были рассмотрены зависимости коэффициента давления ψ в начале и в конце срывной зоны в зависимости от начального и конечного значения коэффициента производительности φ [4]. Они подтвердили возникновение гистерезиса в рассматриваемых аэродинамических характеристиках вентиляторов.

Одним из понятий, которым пользуются в аэродинамике вентиляторов, является быстроходность, определяемая по формуле:

Выполнена оценка изменения, быстроходности для параметров на характеристиках осевых вентиляторов, в которых начинается срыв потока, то есть для критических по устойчивости точек. Показано изменение быстроходности (рис. 1) в зависимости от угла установки лопасти рабочего колеса (θ_k) и количества лопастей этого же колеса (z).

Рис.1.

Оценка производилась для 30 вентиляторов ЦАГИ, выполненных по трем основным схемам: К, К+СА, НА+К+СА. Результаты исследований представлены графически.

Анализ статистических данных показывает:

1) значение n_y, соответствующее точке срыва, возрастает с увеличением угла установки рабочего колеса;

2) зависимость n_y от числа лопастей представлена в виде параллельных кривых, причем увеличение числа лопастей (густоты решетки) смещает кривые в зону меньших значений n_y,что позволяет рекомендовать некоторые конструктивные решения для расширения зоны устойчивой работы вентилятора [].

Литература

1. Ушаков К.А., Брусиловский И.В., Бушель А.Р. Аэродинамика осевых вентиляторов и элементы их конструкций/ К.А.Ушаков, И.В.Брусиловский, А.Р.Бушель. – Госгортехиздат. – 1960. – 422 с.

2. Башков В.М. Вісник СНУ ім. В. Даля №6 [160] 2011 р. Причины возникновения вращающегося срыва в осевых вентиляторах. С. 185-187.

3.