автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.05, диссертация на тему:Повышение эффективности малоразмерных центробежных насосов авиакосмических энергосиловых установок и систем терморегулирования

УДК 621.671 : 629.78.05

На правах рукописи

БОБКОВ АЛЕКСАНДР ВИКТОРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ МАЛОРАЗМЕРНЫХ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ АВИАКОСМИЧЕСКИХ ЭНЕРГОСИЛОВЫХ УСТАНОВОК И СИСТЕМ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ

Специальность - 05.07.05 "Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Москва - 2004

Работа выполнена в государственном общеобразовательном учреждении высшего профессионального образования "Комсомольский на Амуре государственный технический университет" (ГОУВПО "КнАГТУ")

Научный консультант: Заслуженный деятель науки и техники

РФ, доктор технических наук, профессор Б.В. ОВСЯННИКОВ

Официальные оппоненты: Заслуженный деятель науки и техники

РФ, доктор технических наук, профессор в.и: ПЕТРОВ Доктор технических наук Б.Н. ЧУМАЧЕНКО Доктор технических наук, профессор А.А. ШЕЙПАК Ведущая организация: Открытое акционерное общество

Агрегатное конструкторское бюро "КРИСТАЛЛ", г. Москва.

Защита состоится "_" 2004 г. в часов на заседании

диссертационного совета Д 212.125.08 в Московском авиационном институте (государственном техническом университете) по адресу: 125993, Москва, Волоколамское шоссе, д. 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского авиационного института (государственного технического университета).

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью, просим направлять по адресу: 125993, Москва, А-80, ГСП-3, Волоколамское шоссе, д. 4., МАИ.

Автореферат разослан _2003 г.

Учёный секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук,

доцент

Э.Н. Никипорец

24529

список основных сокращений

ВП - выравнивающая перегородка

ВУ — выравнивающее устройство

КА - космический аппарат.

КМ - коэффициент масштабирования

ЛА - летательный аппарат

МРК - малоразмерное рабочее колесо

МЦН - малоразмерный центробежный насос

РК - рабочее колесо

СТР — система терморегулирования

ЦН - центробежный насос

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПРИВЕДЁННЫХ ВЕЛИЧИН

Ьг - относительная ширина межлопаточных каналов на выходе, bz=bJD2 •

Сгш - коэффициент расхода, C2m - С2Ш/и2 di - относительный диаметр рабочего колеса, dj= dj/d2 F - геометрическая степень диффузорности межлопаточного кана f=f2/f,

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одной из тенденций развития современного энергомашиностроения является процесс миниатюризации вновь разрабатываемого оборудования и рост потребности в автономных энергосистемах малой мощности, обусловленный опережающим развитием наукоёмких видов техники, таких, как авиационная, космическая, компьютерная и медицинская.

Многочисленный класс автономных маломощных энергосистем составляют энергосиловые установки и системы терморегулирования авиакосмического назначения. В подавляющем большинстве таких энергосистем применяются малоразмерные центробежные насосы (МЦН) с невысоким коэффициентом расхода рабочего тела С2Ю -С2т/и2£0.1. При согласовании энергетических характеристик насосов и гидросопротивления трактов подачи требуемый напор при числах оборотов п= (З..Л0)-103 об/мин обеспечивается рабочим колесом (РК), диаметр которого не превышает 50-10*3 м, что и позволяет классифицировать такие насосы, как малоразмерные.

К бортовым устройствам авиакосмической техники предъявляются специальные требования по экономичности работы в условиях жёстких ограничений габаритов и массы конструкции. В частности, центробежные насосы (ЦН) наряду с высоким кпд должны иметь и максимальный коэффициент напора (при заданном коэффициенте быстроходности), что обеспечивает наименьшее энергопотребление при минимальных радиальных габаритах. Последнее требование особо значимо для насосов систем терморегулирования космических аппаратов (КА).

В настоящее время при проектировании малоразмерных центробежных насосов авиакосмического назначения, как правило, используют схемы расчёта и гидродинамические принципы оптимизации проточной части, предназначенные для полноразмерных типов ЦН. При этом существует значительное несоответствие между базовыми теоретическими предпосылками, лежащими в основе традиционных для насосостроения подходов, и действительной картиной течения в проточной части МЦН. Два дополнительных, не учитываемых в должной мере фактора: малоразмерность и низкий коэффициент расхода качественно меняют гидродинамику потока в

2т

МЦН. Из-за пониженных местных чисел Рейнольдса здесь значительно возрастает роль сил вязкостного трения. Как следствие, в потоке рабочего тела повышается неравномерность поля скоростей, усиливается склонность пограничного слоя к отрыву. Снижаются отклоняющие качества решётки профилей РК и ухудшаются напорные качества насоса. Соответственно, растут радиальные габариты конструкции. Теряется одно из основных преимуществ применения центробежных насосов в авиакосмических энергосистемах- минимальные габариты и масса.

Применение базовой модели течения, неадекватной реальным условиям, а также противоречивость аналитической базы, используемой в методиках расчёта МЦН, особенно его рабочего колеса, приводит к повышению трудоёмкости проектирования и искусственному занижению энергетической эффективности работы (пониженным коэффициентам напора и полезного действия) этих насосов.

С точки зрения дальнейших перспектив совершенствования МЦН авиакосмического назначения первостепенное значение приобретает совершенствование методики проектирования на основе адекватной физической модели течения в проточной части и разработка методов повышения эффективности работы МЦН, снижение которой обусловлено фактором малораз-мерности конструкции.

Работы по данной тематике были начаты в Сибирском государственном аэрокосмическом университете (г. Красноярск) в рамках хоздоговорных исследований малорасходных систем КА, проводимых под руководством засл. деятеля науки и техники РФ, д.т.н., проф. Краева М.В. Параллельно работы велись в Московском авиационном институте (государственном техническом университете) под научным руководством засл. деятеля науки и техники РФ, д.т.н., проф. Овсянникова Б.В., а затем продолжены в Комсомольском-на-Амуре государственном техническом университете.

Подтверждением актуальности тематики стало выполнение исследований в ходе реализации 3-х научно-технических программ Минобразования РФ в 2000...2004 гг.:

• "Научные исследования высшей школы в области транспорта", раздел 5.2. "Транспортные ракетно-космические системы", проект 005. 5.2. 02.01.09.

• "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" подпрограмма 205 "Транспорт", раздел 205.02 "Транспортные ракетно-космические системы", проект 205.0.2.01.028.

• "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" подпрограмма 204 "Технология живых систем", раздел 204. 03 "Биомедицинская техника жизнеобеспечения человека", проект 204.03. QZ066.

Целью работы является повышение коэффициента напора и кпд МЦН за счёт:

• совершенствования методики проектирования, учитывающей особенности гидродинамики течения в малоразмерных конструкциях центробежных насосов;

• управления потоком с помощью специальных устройств - выравнивающих перегородок (ВП), устанавливаемых в проточную часть насоса.

Для достижения поставленной цели работа содержит.

• Теоретическое исследование влияния факторов малоразмерности и пониженных значений коэффициента расхода с3т на кинематические параметры потока в проточной части центробежного насоса, а также варианты целесообразного изменения геометрии рабочего колеса в процессе его миниатюризации.

• Исследование физической модели потока в РК МЦН. Выявление доминирующих гидродинамических факторов, снижающих эффективность работы МЦН и теоретическая оценка уровня их влияния на течение в межлопаточных каналах малоразмерного рабочего колеса. Обоснование гидродинамических принципов оптимизации геометрии РК МЦН.

• Экспериментальное исследование энергетических параметров МЦН. Получение обобщающих зависимостей, обеспечивающих достоверное аналитическое описание напорных и кпд-характеристик, а также упрощающих создание алгоритма оптимизации геометрии проточной части МЦН.

• Анализ целесообразности повышения эффективности рабочего процесса в МЦН методами теории управления пограничным слоем.

• Экспериментальное исследование энергетических характеристик МЦН с ВП. Разработка методики применения устройств мелкомасштабной турбулизации потока в виде ВП в проточной части МЦН.

• Разработка усовершенствованных конструкций МЦН, а также модельных гидромашин, предназначенных для проведения экспериментальных исследований структуры потока в каналах малоразмерных лопаточных машин.

Методы исследования. Основные результаты в работе получены с помощью теоретического анализа, физического эксперимента и статистических методов обработки информации. Оценка особенностей гидродинамики течения в малоразмерных каналах лопаточных машин при пониженном уровне относительных скоростей проведена на основе методов теории подобия и гидродинамики течений в лопаточных решётках турбомашин. Физический эксперимент проведён на основе визуализации течения в межлопаточных каналах рабочего колеса МЦН и определении энергетических характеристик исследуемого класса насосов в широком диапазоне геометрических и режимных параметров. Экспериментальные данные подвергались статистической обработке с помощью пакета соответствующих компьютерных программ Mathcad, Exel и др.

Научная новизна работы состоит в следующем.

• Получены, на основе методов теории подобия, аналитические зависимости параметров центробежных насосов от коэффициентов масштабирования геометрических и режимных параметров насоса. Проведено теоретическое исследование параметров диспропорционального масштабирования

межлопаточных каналов РК в радиально-окружной и меридиональной плоскостях в процессе их миниатюризации.

• Разработана физическая модель течения в межлопаточных каналах малоразмерного РК, подтверждённая результатами визуализационных исследований. На основе принятой модели течения сформулированы гидродинамические принципы оптимизации проточной формы каналов рабочего колеса малоразмерного центробежного насоса.

• Установлены опытным путём регрессионные зависимости статических энергетических параметров МЦН от безразмерных геометрических и режимных комплексов, используемых при проектировании центробежных насосов.

• Сформулированы, на основе модели разноэнергетических зон потока, критерии управления течением в проточной части МЦН. Проведена классификация устройств управления течением с обоснованием целесообразности применения выравнивающих перегородок (ВП).

• Предложен механизм влияния выравнивающей перегородки на отклоняющие качества рабочей решётки профилей. Разработана физико-математическая модель течения в зоне косого среза малоразмерного РК, на периферии которого установлена ВП:

• Впервые опытным путём получены регрессионные зависимости, описывающие влияние ВП на энергетические параметры МЦН. Определены границы целесообразного применения ВП для повышения коэффициента напора МЦН. Сформулированы принципы минимизации потерь энергии от установки ВП, реализация которых продемонстрирована с помощью оригинальных конструктивных решений.

Достоверность результатов работы обеспечена:

• • при теоретических исследованиях применением положений теории лопаточных машин и теории пограничного слоя;

• в экспериментальной части работы использованием современных методов визуализации течений и типовых статистических методов интерпретации опытных данных. Степень корреляционных зависимостей, характеризующих энергетические характеристики МЦН на основе экспериментальных данных, отвечала уровню значений квадрата корреляционного отношения, равного 0.986 и выше.

Физическая модель течения в межлопаточных каналах рабочего колеса МЦН разработана на основе экспериментальных исследований автора с учётом известных моделей течения в плоских и круговых решётках профилей других авторов.

Практическая ценность работы заключается в оптимизации методики проектирования, в разработке конструктивных способов повышения энергетической эффективности МЦН, позволяющей уменьшить радиальные

размеры конструкции и повысить кпд насосов.

Несколько рабочих колёс МЦН, элементами конструкций которых стали выравнивающие перегородки, в качестве опытных образцов использованы в проектно-конструкторской деятельности ФГУП "НПО ПМ им. М.Ф.Решетнёва" и предложены для модернизации существующих РК в ОАО "РКК "Энергия" им. С.ШСоролёва".

На уровне изобретений разработаны новые МЦН, содержащие устройства управления потоком, а также модельные гидромашины и координатные устройства, предназначенные для визуализации течения и измерения полей скоростей и давлений в каналах лопаточных машин.

На защиту выносятся.

• Структурированная по разноэнергетическим зонам модель течения в закрытом и полуоткрытом рабочем колесе МЦН.

• Гидродинамические принципы оптимизации проточной формы межлопаточных каналов рабочего колеса МЦН.

• Экспериментальные исследования» зависимостей энергетических параметров МЦН от геометрических соотношений проточной формы каналов, режима течений и параметров рабочего тела.

• Принципы управления течением на основе перераспределения энергии вдоль поперечного сечения канала за счёт мелкомасштабной фронтальной турбулизации потока.

• Механизм повышения напорных качеётв решётки профилей РК от действия выравнивающей перегородки, установленной в РК.

• Методика расчёта МЦН.

Личный вклад автора. В настоящей работе представлены результаты, полученные автором самостоятельно. Автору принадлежит организация, проведение и постановка задачи исследования, планирование и руководство экспериментами, личное участие в них и анализ полученных данных, написание статей и заявок на изобретения.

Апробация работы. Научные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на международных, всесоюзных, всероссийских научно-технических конгрессах, симпозиумах, конференциях и семинарах: ПВНТК "Современные проблемы двигателей и энергетических установок летательных аппаратов" (г. Москва, 1981 г.), III ВНТК "Современные проблемы двигателей и энергетических установок летательных аппаратов" (г. Москва, 1986 г.), МНТК "Проблемы механики сплошной среды" (г. Комсомольск - на - Амуре, 1997 г.), ВНТК "Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика" (г Красноярск, 1998...2002 гг.), 3-й международный симпозиум "Конверсия науки - международному сотрудничеству" (Сибконверс'99) (г. Томск, 1999 г.), технологический конгресс "Современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначе-

ния" (г. Омск, 2001 г.), МНТК "Научно-технические проблемы современного гидромашиностроения и методы их решения" (г. Санкт-Петербург, 2001 г.), отчётная конференция подпрограммы 205 "Транспорт" НТП Минобразования РФ "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" (г. Москва - Звенигород, 2002 г.), 2-й международный симпозиум "Авиакосмические приборные технологии" (г. Санкт-Петербург, 2002 г.), МНТК "Современные информационные технологии" (г. Пенза, 2003 г.), МНТК "Современное состояние и перспективы развития, гидромашиностроения в XXI веке" (г. Санкт-Петербург, 2003 г.), II международный технологический конгресс "Военная техника, вооружения и технологии двойного применения в XXI веке" (г. Омск, 2003 г.), ВНТК "Прогрессивные технологии конструкции и системы в приборо- и машиностроении" (г. Калуга, 2003 г.), II МНТК "Проблемы механики современных машин" (г. Улан-Удэ, 2003 г.).

Основные результаты работы докладывалась на профилирующих кафедрах КнАГТУ (1993-2003 гт ), научно-технических семинарах филиала ОКБ им. П.О. Сухого (2001 г.) и РКК "Энергия" им. СП. Королёва (2002 г.).

Публикации. Содержание диссертации опубликовано в 57 работах, включая статьи в журналах и сборниках научных трудов, одну монографию, 22 авторских свидетельства (патентов) на изобретение и 1 программный продукт.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из оглавления, введения, семи глав, заключения, библиографического списка и приложений. Диссертация изложена на 362 страницах, включает 206 рисунков и 70 таблиц. Библиографический список охватывает 219 литературных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и основное направления исследований. Отмечено, что значительный вклад в области малорасходных центробежных насосов различного назначения внесли Р.Б. Абрамович, Л.С. Аринушкин, Э.А. Васильцов, Е.А. Глозман, В.В. Двирный, В.И. Думов, А.А. Кишкин, М.В. Краев, Л.Б. Лещинер, В.А. Лукин, В.В. Невелич, Б.В. Овсянников, А.Ю. Полиновский, А.С. Шапиро, А.И. Хаустов, G. Johnsson, M. Bigert и др., которые сформулировали основные представления о данном классе насосов и разработали первые инженерные методики расчёта.

Пионерами в области повышения эффективности работы центробежных и дисковых насосов с помощью устройств мелкомасштабной турбули-зии потока в рабочих колёсах, стали отечественные специалисты в области насосов ракетно-космических систем: Б.В. Овсянников, А.С. Шапиро, Л.В. Неклюдов, Н.С. Ершов, А.А. Свитов. За этим исследовательским коллекти-

вом закреплён приоритет в данной области (получены первые авторские свидетельства на изобретения А.С. 240480 и А.С. 284612 (СССР)).

В первой главе рассмотрены принципы и особенности работы авиакосмических энергосиловых установок и систем терморегулирования, в которых подача и циркуляция рабочего тела осуществляется с помощью МЦН. Рассмотрены требования, предъявляемые к данному классу насосов. Проведено сравнение энергетических характеристик МЦН с другими типами ЦН.

Малоразмерные центробежные насосы нашли широкое применение в различных энергетических системах авиационной и космической техники.

Авиационные МЦН используются в системах подачи топлива, балансировки центра тяжести, впрыска воды в воздушные каналы двигателя, охлаждения локатора, дозаправки в воздухе, распыления химических веществ.

МЦН космического назначения применяются в бортовых источниках питания, ЖРД малой тяги. Они являются основными электрогидравлическими устройствами систем терморегулирования бортового отсека аппарата и скафандров космонавтов. На рис. 1 показан общий вид одного из МЦН системы терморегулирования космического аппарата.

Актуальность исследований в области МЦН выходит за рамки потребностей развития только авиакосмической отрасли. Например, энергетическим характеристикам МЦН соответствуют параметры центробежных насосов, используемых в медицине, в частности, в аппаратах искусственного кровообращения.

К началу реального применения МЦН в авиакосмической технике (середина прошлого века) был накоплен уже достаточный опыт проектирования полноразмерных центробежных насосов. Естественным шагом первых разработчиков МЦН стало заимствование существующих схем расчёта и гидродинамических принципов оптимизации проточной части ЦН. В процессе доводочных испытаний МЦН, однако, было выявлено значительное несоответствие между расчётными и реальными параметрами вновь разрабатываемых малоразмерных конструкций ЦН. Расхождение между теорией и практикой начали устранять введением в расчётные формулы поправочных коэффициентов. Такая схема совершенствования аналитической базы проектирования МЦН стала основной на многие годы. Некоторые поправки, например, по оптимальной величине геометрической степени диффузорно-сти межлопаточных каналов РК, достигли (300...500)% от общепринятых в насосостроении значений и не имели адекватного гидродинамического объяснения. Большое расхождение выявилось и при сравнительной оценке энергетических показателей МЦН с другими классами ЦН. Например, рис. 2 иллюстрирует известные данные по уровню значений коэффициента ^ для МЦН и полноразмерных насосов ЖРЛ. На нём поле значений малоразмерных насосов в координатах кг - О} имеет совершенно иной характер

Рис. 1. Двухпоточный МЦН системы терморегулирования: 2 - корпус ЗИЛ; 3.4• рабочее колесо (РК): 5 - входной штуцер; 6 • выходной штуцер; 7 - канал подачи рабочего тела на вход в РК; 8 - канал отвода рабочего тела на выходе из РК; 9 - фильтр; 10 - корпус электродвигателя; II * ротор электродвигателя; 12 - гидростатический подшипник; 13 - осевой магнитный подпятник; 14 - фильтр подшипника;

15 - термокомпенсатор

распределения.

На современном этапе развития стало очевидно, что резервы совершенствования малоразмерных конструкций ЦН путём адаптации заимствованных методик расчёта исчерпаны. Гидродинамические принципы оптимизации проточных форм малоразмерных ЦН должны отличаться от того, что принято для полноразмерных конструкций. Перспективы дальнейшего развития теории МЦН могут быть связаны только с исследованием домини-

рующих, для этого класса лопаточных машин, факторов течения. На такой основе можно создать физическую модель потока, приближённую к реальным условиям течения в каналах МЦН, прогнозировать оптимальные геометрические соотношения проточной части и проводить целенаправленную работу по дальнейшему совершенствованию конструкций данного класса насосов.

Необходимым шагом, с учётом современного состояния теории МЦН, является анализ влияния малоразмерности и малых коэффициентов расхода ЦН на гидродинамику течения в малоразмерных решётках профилей. Существенный вклад в исследование указанных факторов внесли работы Богомолова Е.Н. и Ремизова А.Е. В частности, было установлено, что течение в малоразмерных решётках профилей сопровождается смыканием вторичных вихрей (в насосостроении принята терминология "парный вихрь") и ядер вторичных вихрей. Эффект "смыкания" обусловлен двумя основными причинами: малой абсолютной высотой лопаток и небольшими относительными скоростями потока. На рис. 3 представлена геометрическая интерпретация режимов смыкания, которая, по сравнению с реальной картиной течения, носит характер идеализированной схемы. Однако в методическом плане позволяет адекватно характеризовать физическое содержание процесса взаимодействия вторичных вихрей. Самый неблагоприятный - режим смыкания ядер вторичных вихрей, при котором наблюдается "скачок" вторичных потерь. С точки зрения эффективности рабочего процесса смыкание вторичных вихрей ведёт к увеличению потерь и к снижению гидравлической мощности решётки профилей. В приложении к центробежным насосам это явление проявляется в виде уменьшения гидравлического параметра

Мг-

Из-за роста толщины пограничного слоя и увеличения неравномерности поля скоростей потока в каналах МЦН, значительное внимание, в рамках литературного и патентного анализа, было уделено опыту применения устройств, формирующих гидродинамически целесообразные поля скоростей и давлений в проточной полости лопаточных машин. Одно из приложений этой тематики - воздействие на локальные разноэнергетические зоны потока в каналах РК. Цель - уменьшение масштаба энергетически неблаго-

Рис. 2. Оценка коэффициента к2 : I -Овсянников Б.В.; 2 - Боровский Б И.; 3 — Краев М.В.; 4—Аринушкин Л.С.; 5 -Двирный В В (двухярусная решетка РК)

Зона смыкания «дер вторичных вихрей

Рис. 3. Геометрическая модель смыкания вторичных вихрей при сужении меридионального сечения (Ь2 '> Ьз '>6; '): а - несомкнувшиеся вторичные вихри; б - сомкнувшиеся вторичные вихри; в - сомкнувшиеся ядра вторичных вихрей

приятных факторов. Конкретными задачами воздействия на локальную область потока могут стать:

• снижение толщины пограничного слоя, склонного к отрыву;

• локализация развитых отрывных зон;

• предотвращение смыкания вторичных вихрей в выходной части каналов;

• изменение соотношения между статической и кинетической составляющими полной энергии потока.

Рис. 4 иллюстрирует способы осуществления энергообмена в межлопаточном канале РК. Конструктивная реализация каждого способа может иметь несколько вариантов. Простейшие из них - перфорация поверхности

(щели, пористая поверхность) или установка в каналы специальных элементов - выравнивающих устройств (ВУ), трансформирующих поток: стержней, перфорированных перегородок и сеток, пружин, гибких нитей.

Установка в каналы ЦН дополнительных устройств управления потоком в виде ВУ, не требующих специальной модернизации проточных каналов, особенно актуальна для малоразмерных лопаточных машин, в частности, МЦН. Конструкции этих насосов не имеют пространственного резерва для организации дополнительных трактов и проведения трёхмерного профилирования лопаток РК. Поэтому данное направление рассматривалось, как одно из немногих конструктивно простых резервов повышения кпд и коэффициента напора МЦН.

При отсутствии общепринятой теории управления потоком в каналах лопаточных машин поиск новых конструктивных решений в рассматриваемой области до настоящего времени носил, как правило, бессистемный характер. В связи с этим возникла необходимость проведения комплексных исследований, направленных на изучение механизма воздействия ВУ на поток и получение данных об эффективности их применения в МЦН.

Вторая глава диссертации посвящена аналитическому исследованию влияния факторов малоразмерности и малорасходности ЦН на кинематику потока в РК, напор и кпд насоса, составляющие баланса потерь энергии.

Малые коэффициенты расхода центробежного насоса озна-

чают значительное снижение уровня абсолютных величин скоростей. Исследование зависимости коэффициента расхода от геометрической степени диффузорности каналов РК Б и относительной ширины лопаток на выходе на режимах малых расходов, при различных сочетаниях

энергетических параметров и геометрических соотношений проточной формы РК, позволило придти к следующей оценке фактора "малорасходно-сти":

• Расчётный режим работы МЦН характеризуется значениями коэффициента расхода с1т, на порядок меньшими, чем в полноразмерных ЦН. Это является существенной особенностью кинематики потока рассматриваемого класса насосов.

• Снижение расхода рабочего тела при сохранении подобия кинематических параметров потока и коэффициента быстроходности вынуждает увеличивать угловую частоту вращения ротора МЦН.

• Повышенные числа оборотов приводят к существенному уменьшению размеров конструкции, изменению критериев выбора рациональных геометрических соотношений проточной части.

• Диапазон значений критерия Рейнольдса по относительной скорости в МЦН составляет что указывает на работу малорасходных насосов в неавтомодельной по числу Рейнольдса области.

Исследование влияния фактора малоразмерности на параметры ЦН было проведено с помощью коэффициентов масштабирования. (КМ) геометрии РК в радиально-окружной плоскостях и меридиональной, соответственно, Xr и Хь.

КМ регламентировал пропорциональность изменения всех сходственных линейных размеров насоса в радиально-окружной плоскости:

XR - И"/!*" - RZ/RS - R^/RSU -... - Lmr/l"r - const, где lmr, l"r - любые сходственные линейные размеры сравниваемых малоразмерного (верхний индекс "м") и полноразмерного РК (верхний индекс "п") в радиально-окружной плоскости.

. КМ Хъ характеризовал пропорциональность изменения всех сходственных линейных размеров насоса в меридиональной плоскости:

Х„ - ЬГ/ЬГ - Ъ»/Ъп2 - -...-Ц/иг, - const, где L"b, Lnb - любые

сходственные линейные размеры сравниваемых РК в меридиональной плоскости.

Кроме того, исследовались различные варианты масштабирования кинематических и режимных параметров ЦН с введением в анализ соответствующих коэффициентов, например, КМ скорости X*, КМ числа, учитывающего влияние конечного числа лопаток на напор Х^, КМ угловой частоты вращения РК Х^, КМ гидравлического кпд насоса Х^ и т.п.

Анализ кинематики потока с использованием треугольников скоростей показал, что кинематическое подобие предполагает коллинеарность векторов скоростей в сходственных точках потоков

При этом строгое выполнение всех условий гидродинамического подобия для двух геометрически подобных, но различающихся по абсолютным размерам центробежных машин, как показало

исследование, проведённое Рисом В.Ф., невозможно.

Миниатюризация насоса, осуществляемая без изменения угловой частоты вращения ротора О) (Хщ= 1), приводит к падению скоростей потока, пропорциональному уровню изменения коэффициента Хд. Однако если миниатюризация насоса сопровождается увеличением а), то возможны варианты, при которых уровень скоростей потока остаётся неизменным или даже растёт. В качестве иллюстрации на рис. 5 изображены области параметров миниатюризации (Хд = 0...1 и = 0.5...3), характеризующие падение

<1), неизменность (Лс=1) или возрастание скоростей

потока.

Изменение энергетической эффективности работы центробежного насоса при его миниатюризации рассмотрено с помощью КМ и Х>чг.

Анализ требуемой величины масштабирования в радиаль-но-окружной плоскости (КМ при ухудшении напорных качеств насоса, произведено на рис. 'б. Здесь безразмерный ком-

плекс

v1

является поправочным коэффициентом, на который необходимо умножить при снижении гидравлического комплекса кгт)г,. Например, уменьшение -X со значения X,

соответствующего исходному варианту насоса, до значения

Хкг,ХТ)Г-0.7 миниатюризиро-ванного варианта насоса, приводит к необходимости увеличения (радиальных размеров насоса) в 1.195 раза.

Факторы малоразмерно-сти и малорасходности оказываются взаимосвязанными. Приближённая оценка абсолютных значений расхода через насос при его миниатюризации, сопровождаемой повышением угловой частоты вращения ро-

тора (О в 2 раза (Хц,=2), проведена в таблице 1.

Аналитическое исследование целесообразности диспропорционального масштабирования при миниатюризации ЦН проведено с помощью коэффициента кд-Хь/Хк. Полученные данные указывают, что в ряде случаев диспропорция в пользу меридиональных размеров на выходе РК при масштабировании последнего приводит к положительным результатам. Показательной может служить оценка влияния коэффициента ^ на границы перехода в область уменьшенных потерь на трение при различных сочетаниях коэффициентов масштабирования Хд и Х^. На рис. 7 для трёх значений Хщ изображены линии постоянного уровня Ь^р ! =1 (здесь Ь^ /- величина приведённых потерь на трение), которые являются границами указанных переходов в рамках изменения коэффициентов Хд и кд. При всех трёх вариантах Х„, увеличение диспропорции масштабирования (рост коэффициента кд) приводит к расширению зоны снижения потерь при Хл-Сопб!. С увеличением числа оборотов (ростом угол наклона границы увеличивается, что свидетельствует об уменьшении степени влияния диспропорции масштабирования на указанный процесс.

В балансе потерь энергии фактор малоразмерности в наибольшей степени сказывается на объёмных потерях. При этом зависимость приведённых утечек рабочего тела от КМ геометрии имеет следующий вид: '^ут/'Уут ••Х^Хщ/Х®'5 . Детальное исследование влияния миниатюризации на

степень изменения утечек относительно расхода через насос проведено с помощью комплекса

а^/с^, где а^ - Ум/У" и

- коэффициенты приведённых расходов. Например, значение

соответствует варианту, когда удельный вес объёмных утечек рабочего тела через уплотнение по отношению к расходу через насос после его миниа-

Таблииа1

Влияние миниатюризации на расход рабочего тела через

_центробежный насос_

Кратность уменьшении размеров • меридиональной плоскости (число раз)

.!■,. 6 ' 8: 10 Уменьшение расхода (число раз)

х.-2

Крстмостъ 4

размеров в риишпио*

•4 32 48 64 80

б 72 108 144 180

8 128 192 256 320

10 200 300 400 500

(1.2 04 06 08 X«

Рис, 7. Зависимость границ перехода в области уменьшенных потерь на трение (заштрихованные зоны) в пределах реального диопазона изменения Л* и к*

тюризации не меняется. Зависимость комплекса аууу/^у от ^^ геометрии имеет вид а^/а^ - Х,к05 -X,,"1"5 или С1уут/аУ " ' кд1-5 •

На рис. 8 показаны области двух вариантов проведения миниатюризации насоса, один из которых сопровождается ростом удельного веса утечек (ауут/ау а ДРУ10® его с н и ж е (ауут1ау <1)-а к т е р изменения

границы указанных областей - кривая а^^а^ =1 позволяет сделать вывод, что рост диспропорции масштабирования (путём увеличения значений коэффициента кд>1) уменьшает долю утечек относительно расхода через

насос. Объясняется это ростом относительной длины щелевого уплотнения из-за диспропорционального масштабирования и, как следствие, возрастанием коэффициента сопротивления уплотнения.

На рис. 9 показаны области существования двух вариантов миниатюризации, различающихся характером • изменения приведённых дисковых потерь

Результаты исследования фактора малоразмерности можно свести к следующим выводам.

• Значительное уменьшение размеров центробежного насоса с целью сохранения коллинеарности векторных треугольников реального потока целесообразно проводить на условиях диспропорционального масштабирования за счёт роста меридиональных размеров на выходе РК насоса относительно его радиальных размеров.

• Миниатюризация центробежного насоса сопровождается нарушением геометрического подобия щелевых уплотнений. Радиальные зазоры в щелевых уплотнениях малоразмерных насосов по абсолютной величине остаются такими же,

1.о и го и к.

Рис. 9. Влияние параметров миниатюризации на комплекс ау^/ау

Тис. 9. Влияние параметров миниатюризации на приведенную мощность дисковых потерь

как и в полноразмерных насосах. Как следствие, растут утечки рабочего тела, снижается расходный Г|р и полный т]и кпд насоса. С целью повышения т|н в МЦН целесообразно применять щелевые уплотнения с большим, чем в общепромышленных насосах, значением относительной длины уплотнения LyiJDj.

Третья глава посвящена разработке физической модели течения в малоразмерном рабочем колесе (МРК) центробежного насоса. Информационной базой для построения модели послужили результаты физического эксперимента и аналитического исследования особенностей течения в малоразмерных решётках профилей.

Физический эксперимент основывался на визуализации поверхностных линий тока вдоль внутренней стороны ограничивающих дисков малоразмерных рабочих колес закрытого и полуоткрытого типа. На рис. 10 показана одна из картин течения, полученная путём смыва индикаторного покрытия, предварительно нанесённого перед экспериментом на ведущий диск колеса.

Целью визуализации стало получение данных об эволюции разноэнергетических зон потока в зависимости от геометрии МРК и режимных параметров работы МЦН. К указанным зонам, в частности, были отнесены отрыв (след), вторичные течения, входной и угловой вихри. Благодаря визуализированным картинам течения появилась возможность определения интенсивности вторичных течений, размеров и местоположения отрывных зон и угловых вихрей в МРК. На рис. 11 и рис. 12 в качестве иллюстрации показано месторасположение сингулярного отрыва и областей вторичных течений в межлопаточных каналах.

Данные по структуре потока в МРК оказались важными для адекватной оценки степени влияния разноэнергетических зон потока на рабочий процесс. Выяснилось, что вторичные течения в МРК более интенсивны, чем в полноразмерных колёсах. Из-за этого поток в МРК имеет повышенную степень завихренности, а взаимодействие вторичных вихрей между собой является важнейшим гидродинамическим фактором, влияющим, как на потери, так и на отклоняющие свойства решётки профилей. Кроме того, были

Рис 11. Формирование сингулярного отрыва в межлопаточном канале

уточнены особенности структуры потока в МРК, обусловленные факторами малоразмер-ности и низких коэффициентов С2т.В совокупности с принятой для МРК большой геометрической степенью диффузорности каналов Р эти факторы приводят к перестройке полей скоростей и статического давления. Соотношение .между уровнем кинетической энергии в относительном движении и положительными градиентами статического давления в каналах МРК изменяется в пользу последних. Итогом становится значительное отклонение от основного потока линий тока в слое вторичных течений, интенсификация вихревых структур потока, нарастание пре-дотрывных явлений. При этом зоны отрыва потока (следы), а также

угловые вихри, имея типичное для РК ЦН местоположение, начинают занимать больший удельный вес в объёме межлопаточных каналов МРК, повышая удельную массу потока, вовлечённую в вихревые структуры.

По результатам исследования разработаны две модели течения в закрытом и полуоткрытом МРК, представленные на рис. 13 и рис. 14. В закрытом МРК показаны доминирующие первичные гидродинамические факторы: интенсивные вторичные течения и обширная зона отрыва вдоль тыльной стороны лопатки. Как следствие, в каналах МРК развиты вторичные вихри и снижен удельный вес массы потока, проходящего в зоне расходного течения. В полуоткрытом МРК в качестве определяющего гидродинамического фактора показано перетекание жидкости через открытую

Рис 12 Зоны вторичныхтечений вдоль ведущего дискаРК

Рис 13. Схематизированнаямодель потока вдоль ведущего дисказакрытогоМРК (изображенаполовинамеридионального сечения)

Рис 14.Схематизированнаямодель потока вмежлопаточномканалеполуоткрытогоМРК

торцевую поверхность лопатки, с напорной на ее тыльную сторону.

Порождаемая этим интенсивная завихренность распространяется в среднюю часть межлопаточного канала по направлению к ведущему диску

рабочего колеса, образуя крупный единичный вихрь, заполняющий весь межлопаточный канал.

Данные о разноэнергетических зонах потока в МРК, полученные с помощью физического эксперимента, стали важной информационной составляющей при разработке гидродинамических принципов оптимизации проточной формы межлопаточных каналов малоразмерных рабочих колёс:

Аналитическая часть исследований, в рамках главы 3, посвящена анализу условий смыкания вторичных вихрей в закрытом МРК. В основу расчётной схемы была положена модель процесса развития вторичных вихрей в решётке профилей, предложенная Богомоловым Е.Н. Исследовались параметры вихря в рамках силового поля, моделирующего условия плоского течения идеальной жидкости в межлопаточном пространстве. На радиусе R был выделен элемент вихревой струи длиной ds в направлении относительного движения вихревой струи Wвихp вдоль оси s, рис. 15. Условие равновесия элемента, пренебрегая силами вязкостного трения, в направлении нормали имело вид: \у2 у/2

-^-^»ихр +С-Р—ыг^ф-^Лихр + Др-{к-(11Шхр + к$ 2

+ Ко>2с1п1вихр соэСР + ф)-2о)\Увихр(1твихр - 0,

где W - относительная скорость основного потока, ф - угол между вектора-

Рис. 15. Силовое поле, действующее на цилиндрический элемент вихревой струи в плоскости межлопаточного канала

ми относительной скорости основного потока W и вихревой струи WiиXp; Др

- перепад давления в окружающей среде над изгибаемой струёй, член

\У2 С-р-

вихр

■ характеризует силу сносящего скоростного напора от ос-

новного потока, в котором С - коэффициент пропорциональности (для случая круглых струй по данным Богомолова Е.Н. было принято 0*1.3).

С учётом регламентации членов уравнения (1), относительный диаметр вихря определялся по формуле:

(2)

где Оо - угол наклона струи к основному потоку в меридиональном сечении.

Была произведена оценка 2-х вариантов смыкания вторичных вихрей в МРК: собственно, самих вихрей и ядер вторичных вихрей. Ширина расчётного смыкания в меридиональной плоскости сечения рассматривалась, как сумма:

Ьсм=2(&1+ авихр):

ь;н=2(бт+ <11тр)

(3)

(4)

где Ьсм, Ь£м - ширина смыкания, соответственно, самих вихрей и ядер вихрей; &,. - толщина пограничного слоя на торцевой поверхности канала; <1^ихр

- расчётный диаметр вторичного вихря в области выхода из межлопаточного канала.

Расчётная оценка для двух вариантов значений представлена на рис. 16. С уменьшением Р*, и ростом длины и кривизны межлопаточных каналов, относительная ширина меридионального сечения каналов на выходе Ьг, обеспечивающая режим течения без смыкания Ь2/Ьсм 2 1, растёт, достигая уровня Ь2=0.12, что в 1.5... 2 раза выше значений, рекомендуемых для полноразмерных насосов. Увеличение выходного угла до 0^=90° способствует снижению Ьг до 0.09.

Полученные данные позволили придти к выводу: в МЦН даже рекомендуемые завышенные значения И не обеспечивают выполнение условия ЬгАсм 56 1» поэтому течение в них чаще всего происходит в режиме смыкания вторичных вихрей. Отмеченное явление можно отнести к специфике гидродинамики малоразмерных центробежных насосов.

С учётом эффекта "смыкания" гидродинамический принцип оптимизации проточной формы каналов был сформулирован в следующем виде:

геометрия межлопаточных каналов МРК должна отличаться от проточных форм полноразмерных РК уменьшением длины каналов и увеличением размеров меридионального сечения до уровня, при котором отсутствует режим скачкообразного роста потерь от смыкания ядер вторичных вихрей. При этом неизбежное увеличение потерь на расширение потока из-за завышенной степени диффузорности Р, в рамках энергетического баланса, учитывающего эффект "смыкания", оказывается приемлемым.

Четвёртая глава посвящена описанию экспериментальных стендов, установок и методики проведения испытаний. В рамках экспериментальной части работы исследованы: структура потока в проточной части, влияние геометрических соотношений РК МЦН на энергетические и кавитационные характеристики, измерен уровень пульсации давления рабочего тела в магистралях, гидравлическое сопротивление выравнивающих перегородок.

Работы проводились с помощью трёх гидравлических стендов, на базе нескольких опытных малоразмерных центробежных насосов, отличавшихся приводом, конструкцией вспомогательных трактов и размерами проточной части. Все стенды были выполнены по замкнутой гидравлической схеме в соответствии с требованиями к проведению испытаний динамических насосов, обладали определённой степенью универсальности, однако в зависимости от задач исследования имели различия. На рис. 17 показан общий вид одной из установок для испытания насосов УИН-3.

Обечайка балансирного

подкса электропривода Корпус

Смотровое окно

Рис 17. Общий видустановки УИН-3

Стенды были укомплектованы набором типовых измерительных устройств, в состав которых входили образцовые манометры с классом точности 0.4, 0.6 и датчики расхода турбинного типа с погрешностью измерения ±0.5%, индуктивный датчик оборотов, цифровые частотомеры, обеспечившие приемлемый уровень точности измерений. Напорная и кпд-характеристики для основной группы насосов находились в процессе испытания последовательно при п=4000 об/мин, 6000 об/мин, 8000 об/мин, а для отдельных вариантов при п=2000 об/мин, 10000 об/мин и 12000 об/мин.

В точке установившегося режима измерялся расход, давление на входе, давление на выходе, крутящий момент, температура жидкости. Замер параметров для построения характеристик в среднем производился в 10... 13 точках с примерно одинаковым шагом в диапазоне изменения расхода до

Визуализация картины течения в межлопаточных каналах РК в рамках данного исследования осуществлялась путем размыва индикаторного покрытия, нанесенного на ограничивающие поверхности межлопаточных каналов.

С учетом всех вариантов трансформации межлопаточных каналов испытан 41 типоразмер МРК. Диапазон изменения геометрических параметров МРК составил: 01 =(10.2...32.4)10"3 м, 0^=30°... 90е, Б2 = (40.5 ... 41.6)

Все колеса изготавливались из сплава АМГ-6. В процессе испытаний внимание, в первую очередь, обращалось на возможности уменьшения погрешностей, возникающих из-за отклонений от заданной геометрии каналов, обусловленных технологией изготовления.

Часть колес была изготовлена на вертикально-фрезерном станке с числовым программным управлением, часть на универсальном вертикально-фрезерном станке с использованием делительной головки, размещённой на поворотном столе станка.

Конструкция рабочих колёс предусматривала возможность изменения форм и размеров межлопаточных каналов в меридиональной плоскости за счет съемного покрывного диска. После очередной подрезки лопаток на колёса устанавливались новые, соответствующие полученным меридиональным сечениям, покрывные диски, изготовленные из оргстекла. Крепление дисков производилось штифтами, проходившими через тело лопаток. Герметизация стыка лопаток с диском осуществлялось при помощи эпоксидной смолы. Такое конструктивное решение позволило уменьшить возможные технологические отклонения и получить надежные результаты по влиянию исследуемого геометрического параметра РК на энергетические характеристики МЦН при сохранении неизменной остальной геометрии МЦН.

Аналитическая обработка результатов испытаний МЦН проведена с применением современных информационных технологий, в частности, компьютерных программ Mathcad, Exel, Word, Photoshop.

В пятой главе исследованы энергетические характеристики малоразмерных центробежных насосов: зависимости между напором, мощностью на валу привода, кпд и величиной объёмного расхода рабочего тела. Основные энергетические характеристики МЦН проиллюстрированы графическими зависимостями построенными по результатам гидравлических испытаний насосов. Систематизация данных осуществлялась в точках расчётного режима.

Важнейшей задачей экспериментальных исследований энергетических характеристик стало уточнение оптимальных геометрических соотношения проточной формы малоразмерного рабочего колеса в радиально-окружной и меридиональной плоскостях.

04 OS 06 07 Б|

Рис. 18 Влияние относительного диаметра на коэффициент напора ( ß~2-011, Re^S IS 10*)

Зависимость напорных качеств МЦН от О) и Ргл. найденная экспериментальным путем, представлена графиком на рис. 18. Уменьшение длины межлопаточных каналов Ь путём роста 02*|о(-сопя снижает

степень развития пограничного слоя и интенсивность вторичных течений. Структура пространственного течения по ка-

D. -const

снижает

налам МРК меняется в сторону подавления эффекта смыкания, что положительно сказывается на отклоняющих качествах решётки профилей РК.

Относительная ширина лопатки на входе bj

Соотношение bj - bj/Dj является определяющим в обеспечении расчётного значения расхода рабочего тела Vp. Рост относительной ширины bj ведёт к повышению с^ на расчётном режиме, см. рис. 19.

Относительнаяшириналопаткинавыходе

С ростом относительной ширины РК на выходе Ь2 от 0.012 до 0.111 и b2/L от 0.023 до 0.331 значения коэффициента напора и кпд Ml III монотонно увеличиваются. Эффективность работы колес с Ь2 =0.111 и b2/L=0.331 на оптимальных режимах работы максимальная. Наибольшие значения кпд Ml III при указанных значениях Ь2 и b2/L равны 11=0.55...0.58.

Минимальный уровень энергетических потерь, обусловленный суммой потерь от смыкания вторичных вихрей и диффузорного характера течения, достигается при b2/L=0.3...0.35. Начиная со значений b2/L=0.37 и выше энергетические показатели МЦН ухудшаются, см рис. 20.

Угол лопаток на выходе РК

Анализ существующих

методик проектирования цен- ¿i. _________

тробежных насосов показал, что значения обеспечивающие

приемлемый уровень кпд при ns =40... 150, задают в диапазоне 1^=20°...50°. Большие значения рекомендуются для тихоходных колес, а меньшие - для быстроходных.

В насосах класса МЦН уменьшение способствует

росту интенсивности вторичных течений из-за увеличения относительной длины межлопаточных каналов

Данные экспериментальных исследований энергетических характеристик МЦН показали, что увеличение положительно сказывается на энер-

гетических параметрах МЦН - коэффициенте напора и кпд. Обобщение экспериментальных данных позволило рекомендовать диапазон оптимальных значений р2л=65о...90°.

Влияние режимных параметров на характеристики насоса

Вязкость рабочего тела

В практике проектирования центробежных насосов часто рассматривается непосредственное влияние вязкости на энергетические параметры насосов. Поэтому рис. 21, рис. 22 иллюстрируют изменение напорных качеств, характеризуемых к2т|г, и кпд т] в МЦН с параметрами Р2л=б0о...90о,

Ьг/Ь=0.062 ...0.212, ш=628 с' при росте абсолютного значения вязкости рабочего тела. Увеличение v во всех случаях сопровождается снижением энергетической эффективности рабочего процесса.

Число Рейнол ьдса Для МЦН с электроприводом типичен диапазон Ке„2=3-10 ...10 , лежащии левее (11еи2)Пред, вне зоны автомодель-ности. В рамках указанного диапазона Ке„2, при числах оборотов были определены напорные и кпд-характеристики МЦН. Например, точке Ке„2=3*105, на левой границе зоны работы МЦН, отмечается величина 1уН|к ^ ^ =0.9, что равнозначно 10-ти процентному

падению Н.

Увеличение коэффициента напора Н МЦН путём перевода их работы в автомодельную по числу Re область можно считать одним из резервов улучшения массогабаритных параметров конструкции. Очевиден путь увеличения Ке„2 - повышение угловой частоты вращения ротора ю (\\г=иуТ)212). До настоящего времени этот резерв не реализуется из-за ограниченной угловой частоты со предлагаемых промышленностью высокоресурсных электроприводов.

Баланс энергии

Особенностью энергетического баланса МЦН являются повышенные потери на утечку. Относительные зазоры в уплотнениях МЦН имеют значения ДЛ)2=(0.7...1.2)-10"2, что значительно больше, чем в полноразмерных насосах. Расходный кпд Т]р МЦН с радиальным щелевым уплотнением на

1 2 3 4 5 « УН^И'Л

Рис. 21. Зависимость к,Г], от вязкости рабочего тела (0г,=6О'...9ОЬЛ'О 062...0212; ш-628с')

•- • -

•

\ •

\

12 3 4 5 6 V10*4 м'/с

Рис. 22. Зависимость кпд насоса г] от вязкости рабочего тела (ръ=60'...90°; ЬЛ-0 062...0.212; ш=628с')

расчётном режиме составляет 0.8, с торцовым щелевым уплотнением Т)р =0.68. Потери дискового трения на оптимальном режиме характеризуются значением Т)д = 0.93. Гидравлический кпд МЦН имеет уровень t]r = 0.74...0.84, с тенденцией к росту при приближении относительной ширины Ьг/L к оптимальным значениям.

Шестая глава посвящена исследованию способа повышения эффективности работы МЦН с помощью выравнивающих перегородок.

Модель течения в РК МЦН, по упрощённому двухзонному типу, соответствует варианту "струя-след". Наличие двух, значительно различающихся по уровню кинетической энергии, структур в потоке, а также смыкание вторичных вихрей приводит к повышенной неравномерности поля ско-рюстей, увеличению потерь энергии и росту угла отставания потока от профиля лопаток РК. Последний фактор влияет на эффективность работы лопаточной решётки профилей, а в приложении к ЦН снижает напорные качества последнего. Повышение коэффициента напора за счёт роста густоты решётки в ЦН традиционно достигается путём увеличения числа лопаток или снижения F каналов РК за счёт уменьшения Ргя- Для МЦН такой подход проблематичен, т.к. увеличение числа лопаток РК, сопровождается большим загромождением окружного сечения каналов, а снижение F в МЦН недопустимо в соответствие с результатами исследований главы 3. Необходимо применять способы повышения эффективности решёток профилей, адаптированные к фактору малоразмерности. В частности, использовать устройства и принципы управления пограничным слоем, или в более общей формулировке, методов управления разноэнергетическими зонами потока.

Типовой метод управления течением - мелкомасштабная турбулиза-ция потока, осуществляемая выравнивающей перегородкой, изготовленной из сетки или перфорированного листа. ВП в МЦН могут быть размещены во входной, в средней и выходной части РК, рис. 23. Именно такие устройства предпочтительно применять в малоразмерных лопаточных машинах, в которых отсутствует пространственный резерв для размещения дополнительных межполостных коммуникаций, требуемых при других методах управления потоком. ВП отличаются конструктивной простотой, возможностью установки в каналы и рабочие колеса без изменения проточных форм по-

ВП на входе ВП > средней части ВП на выходе

Рис 23. Вариантыраспочожения ВПпорадиусуРК

Рис 24Общий вид фрагментов ВП, закреп -лённыхнапериферииРК: I-ВПиз сетки. 2 -ВПизперфорированноголиста

следних при сохранении энергетически выраженного действия на поток. На рис. 24 показаны варианты исполнения ВП, закрепленной на периферии РК.

В рамках данной работы повышение эффективности работы МЦН при помощи ВП рассматривалось, как одно из немногих просто реализуемых на практике способов совершенствования конструкции насосов, не требующего изменения габаритов и усложнения геометрической формы проточного тракта.

Гидродинамическая цель установки ВП в межлопаточные каналы Механизм воздействия ВП на набегающий неравномерный поток складывается из двух составляющих:

• действия ВП, собственно как турбулизатора, увеличивающего пульсационную составляющую скорости потока, см. зоны турбулизации потока перед фронтом ВП на рис. 25;

• действия ВП, как гидравлического сопротивления, генерирующего дополнительный градиент давления перед своим фронтом.

Установка ВП в канал порождает дополнительные потери, за счет гидросопротивления перегородки. Возникает вопрос: каков энергетический баланс между снижением потерь от положительного влияния ВП на поток, например, при локализации отрыва, и параллельным появлением дополнительных потерь от сопротивления ВП. Для оценки энергетической результирующей влияния ВП на течение в каналах экспериментальным путем было определено гидросопротивление заведомо "отрывных" стационарных диффузоров, на выходе которых устанавливались ВП, коэффициент сопротивления которых составлял £„„=0.4...0.6.

Рост потерь энергии за счет сопротивления ВП в диффузорах с большими углами раскрытия (р =60° и был полностью компенсирован снижением потерь на отрыв. ВП незначительно увеличила сопротивление диффузора с из-за пониженного

Рис 25Картина течения в РКсВПна выходе исходного уровня потерь на отрыв по-

тока, см рис. 26. Расчётная оценка потерь мощности от сопротивления выравнивающей перегородки Нвп указала на интервал значений N,„=(0.1.. .0.5) Вт.

Характер изменения силового поля в каналах РК под действием ВП, закреплённой на его периферии, исследован в рамках описания механизма генерирования перегородкой дополнительного градиента статического давления рст на периферии РК, см. рис. 28. Увеличение градиента grad рст в выходной части межлопаточных каналов обеспечивается дополнительным градиентом перепада Дрвп на ВП, обусловленным неравномерным полем скоростей потока, набегающего на выравнивающую перегородку. Увеличение перепада давления на лопатках положительно сказывается на отклоняющих свойствах лопаточной решётки РК.

Оценка уровня отклонения потока под действием ВП, установленной в РК

Рис 27ВлияниеВПнагидравлическое сопротивление диффузоров

Рис 28Влияние ВПна поле сил взонекосого срезамежлопаточныхканалов а • распределениепараметров. 6 • схемасиловогополя

При теоретической оценке уровня дополнительного отклонения потока за счёт гидравлического сопротивления тонкостенной выравнивающей перегородки, перекрывающей межлопаточный канал РК, рис. 29 было принято, что распределение скоростей в потоке, набегающим на ВП, неравномерное, имеет регулярный характер и соответствует модели течения "струя" - "след". Уравнение полных энергий на траектории движения ьй трубки тока (см. рис. 29 в) от сечения н-н до сечения р-р имело вид:

/ |р + |р + р^Ш! + АРьп&, (5)

Модель течения "Струя" - "След" Преломление линий

Рис 29. Влияние ВП на кинематику потока: а) модель течения "струя" — "след"; 6)распределение IV в потоке, набегающем но ВП; в) трубка тока на участке н-н-р-р; г) изменение треугольника скоростей на выходе РК

где индексы н и р обозначают параметры, относящиеся к указанным сечениям, индекс 1 = 1,2,.. .п - номер трубки тока; 5„1 и - площади поперечного сечения 1 - и трубки тока в сечениях н-нир-р; р- статическое давление, Па; - объемный расход жидкости в 1 - й трубке тока, м3/с; W - относительная скорость течения вдоль сечения 1 - й трубки тока м/с; р - плотность жидкости; Арвп; - гидравлическое сопротивление ВП для 1 - и трубки тока.

Введя коэффициенты Кориолиса и Буссинекса, характеризующие степень неравномерности распределения энергии:

(6)

и проведя цикл преобразований выражения (5) с учётом уравнений связи

, была получена зависимость угла

отклонения потока,; выходящего из РК:

ДРВП - агсзш^шРг х

N +4М

РВП* р

2(МИ ± ^,„МрНрМи -4МрКрМ* + 4МХ)Д,П)

-Р2'

(7)

где Ар,п - Р2вп "02 угол преломления линий тока от действия ВП; р2ы1 среднегеометрический угол потока на выходе РК с ВП; Р2 - среднегеометрический угол потока на выходе РК без ВП; - коэффициент сопротивления ВП.

Вычислительный эксперимент с использованием полученных зависимостей показал, что повышение гидравлического сопротивления ВП ведет к усилению эффекта растекания потока и увеличению угла преломления линий тока ДР,„. Наибольший относительный прирост Д0ВП наблюдается для

каналов с меньшими Р^. При исходных углах р^ =20°... 60° и коэффициентах в диапазоне £,„=0...2.0 угол преломления линий тока составил В приложении к энергетическим показателям центробежных насосов, достижение максимальных из указанных значений Др,„ означает рост коэффициента напора Н на 10% и выше.

Установка ВП на выходе РК обеспечивает наибольший напор и кпд

насоса, рис. 30. Наименьший напор оказывается у насосов с перегородками на входе в межлопаточные каналы. Такое размещение ВП не создаёт дополнительных окружных градиентов давления в межлопаточных пространствах и, соответственно, не повышает напорных качеств решетки профилей РК.

Экспериментальное исследование энергетических характеристик МЦН с ВП на выходе колеса показало, что наибольший прирост напора наблюдаются в РК с проточными формами, типичными для общепромышленных насосов. Например, максимальный прирост напора — 38% получен для насоса с параметрами:

Обобщающая формула влияния ВП на выходе РК на степень повышения напора Л.^, в зависимости от геометрии колеса - относительной ширины лопаток и угла имеет вид:

Хтн =0.484 - 2.836- Бг- 0.148-р2л, (5)

где Ргл измеряется в радианах; А.* « (нт - нУн; Нт - коэффициент напора МЦН с ВП; Н - коэффициент напора МЦН без ВП.

Установка выравнивающей перегородки на периферии РК приводит к снижению кпд на 3...4 %. При этом необходимо отметить, что уровень снижения кпд укладывается в пределы погрешности измерений.

Анализ энергетического баланса показывает, что при установке ВП возможен рост 2-х видов потерь в рабочем колесе:

• потерь энергии на гидравлическое сопротивление выравнивающей перегородки. Параллельно с появлением этого вида потерь происходит процесс формирования более рациональной структуры потока, способствующей росту гидравлического кпд насоса Поэтому конечный результат влияния ВП на Г]г может быть неоднозначен. Баланс энергии между двумя

противоположно направленными факторами, зависящими от эффективности действия ВП на поток, будет определять итоговое изменение - рост, неизменность или падение гидравлического кпд насоса;

• потерь за счёт увеличения, так называемых бандажных потерь.

Эффективность управления градиентами статического давления по шагу рабочего колеса с помощью фронтальных ВП была подтверждена экспериментами по улучшению антикавитационных качеств малоразмерного центробежного насоса. Предположение, что создание с помощью ВП дополнительного градиента статического давления на входном участке каналов приведёт к улучшению антикавитационных качеств насоса, сопровождалось экспериментальной проверкой. Была проведена серия опытов по визуализации размеров кавитационных каверн в межлопаточных каналах МРК, а также определены срывные характеристики насоса с ВП и без неё.

Визуализация течения показала что, размеры каверн после установки выравнивающей перегородки с коэффициентом живого сечения ? =0.37 на диаметре - диаметр выравнивающей перегород-

ки, заметно уменьшились,

см. рис. 31. В трёх из шести каналов область распространения каверны не вышла за границу расположения ВП. Наибольший эффект при определении срывных характеристик был отмечен для варианта с двумя выравнивающими перегородками, установленными перед входными кромками и в средней части каналов.

КавктБИЖ каверн

а

ческое содержание и особенности ряда частично апробированных на практике конструктивных ре-

описана методика расчёта МЦН и результаты сравнительных испытаний опытного и одного из штатных вариантов МЦН СТР.

Рассмотрены техни-

В седьмой главе

в

Рис. 31 Развитие кавитационных каверн в межлопаточных канонах а-РКбезВП, 6-РКсВП

шений в следующих направлениях применения и исследования МЦН:

• малоразмерные центробежные насосы с выравнивающей перегородкой, имеющие повышенный кпд и улучшенные антикавитационные качества.

• гидропривод к искусственному желудочку сердца на основе малоразмерного рабочего колеса.

• экспериментальное оборудование, предназначенное для визуализации течения и зондирования потока в каналах рабочих колёс малоразмерных лопаточных машин.

На разработанные и прошедшие испытания опытные образцы конструкций МЦН получены соответствующие акты испытаний и внедрений.

Заключение

1. На основе результатов проведённых теоретических и экспериментальных исследований разработана методика проектирования МЦН, в основу которой положены гидродинамические принципы оптимизации проточной формы каналов, учитывающие фактор малоразмерности и низких значений коэффициента расхода С2т£0.1. Это позволило обеспечить прирост

коэффициента напора до 18% и кпд МЦН до 5%. Как следствие, уменьшить радиальные габариты конструкции и снизить уровень потребления энергии МЦН авиакосмического назначения от бортовых источников питания.

В качестве перспективного метода дополнительного увеличения коэффициента напора МЦН предложена установка выравнивающей перегородки (ВП) на периферии РК. Повышая эффективность передачи энергии от РК к рабочему телу, ВП обеспечивает прирост напора МЦН до 38%.

2. Физическая модель течения в межлопаточных каналах рабочего колеса, разработанная в процессе исследований, стала учитывать особенности гидродинамики МЦН: развитые зоны отрыва и более интенсивные, чем в полноразмерных ЦН, вторичные течения вдоль ограничивающих дисков РК. В межлопаточных каналах интенсифицируется процесс вихреобразова-ния. Доминирующим фактором становится смыкание вторичных вихрей, сопровождаемое дополнительными потерями энергии и ухудшением отклоняющих качеств решётки профилей РК. С учётом этого были сформулированы требования к оптимальной проточной форме РК. Геометрия колеса должна обеспечить режим течения, предотвращающим смыкание ядер вторичных вихрей. В меридиональной плоскости сечения РК необходимо "уширять" за счёт роста Ь2, а в радиально-окружной плоскости уменьшать длину каналов путём увеличения значений угла Р^. Геометрическая степень диффузорности межлопаточных каналов РК может достигнуть значений и более, и оказывается приемлемой, если предотвращается скачок потерь от смыкания ядер вторичных вихрей.

3.Экспериментальным путём уточнены безразмерные соотношения Ьг, И, Ьг/Ъ, обеспечивающие получение оптимальной проточной формы каналов РК. Впервые при исследовании МЦН приведены уравнения аппроксимации большинства представленных в работе зависимостей. Получены новые данные по влиянию вязкости рабочего тела на энергетические характеристики МЦН.

4. Исследована связь между коэффициентами масштабирования геометрии и режимных параметров насоса. Благодаря этому выявлен относительно простой резерв повышения кпд МЦН в виде диспропорционального масштабирования щелевого уплотнения насоса и предложен новый критерий оптимизации конструкции щелевого уплотнения МЦН - максимальное значение комплекса кпд

5. Детально исследован способ улучшения эксплуатационных параметров малоразмерных насосов с помощью ВП. Для описания механизма клияния ВП на параметры МЦН проведено комплексное исследование, включившее в себя:

• визуализацию течения в РК МЦН;

• анализ характера изменения силового поля в каналах РК на участках размещения ВП;

• анализ влияния ВП на уровень преломления линий тока;

• экспериментальное определение гидравлического сопротивления сеток и перфорированных перегородок, используемых в качестве ВП;

• гидравлические испытания МЦН с целью определения месторасположения и гидравлического сопротивления ВП, обеспечивающих достижение максимального прироста напора при высоком уровне кпд.

6. Разработаны усовершенствованные конструкции МЦН с ВП, часть из которых доведено до практического применения на уровне опытных образцов. Предложен ряд конструктивных решений в области экспериментального оборудования, предназначенного для проведения физических экспериментов по исследованию течений в малоразмерных лопаточных машинах путём визуализации течения и замера поля скоростей и давлений в межлопаточных каналах вращающихся колёс.

В целом, в диссертационнойработерешена важная задача совершенствования теории и практики расчёта МЦН энергосиловых установок и систем терморегулирования ЛА на основе создания адекватной модели течения в проточной части, учитывающей фактормалоразмерности конструкции насоса и возможностей повышения эффективности работы МЦН путём мелкомасштабной турбулизации потока с помощью выравнивающих перегородок.

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации

1. А.с. 1138544 СССР, МПК 4 F 04 D 29/28, 29/60. Рабочее колесо центробежного насоса А.В. Бобков, М.В. Краев, В.А Лукин, Б.В. Овсянников (СССР). № 3614378/25-06; Заявлено 29.06.83; Опубл. 15.03.85. Бюл. № 5.

2. А.с. 1573369 СССР, МПК 5 G 01 М 10/00, F 04 В 51/00. Модельная гидромашина / А.В. Бобков (СССР). № 4495989/31-29; Заявлено 19.10.88; Опубл. 23.06.90. Бюл. №. 23.

3. А.с. 1629775 СССР, МПК 5 G 01 М 10/00, F 04 В 51/00. Модельная гидромашина / А.В. Бобков (СССР). № 4660420/29; Заявлено 10.03.89; Опубл. 23.02.91. Бюл. №. 7.

4. А.с. №1257288 СССР, МПК 4 G 01 М 10/00, F 04 В 51/00. Модельная гидромашина / А.В. Бобков, В.И. Горностаев, М.В. Краев, А.Н. Соболев (СССР). № 3890920/31-06; Заявлено 30.04.85; Опубл. 15.09.86. Бюл. № 34.

5. А.с. №1310730 СССР, МПК 4 G 01 Р 5/14, G 01 М 9/00. Координатное устройство для исследования поля скоростей в турбомашине / А.В. Бобков, М.В. Краев, А.Н. Соболев (СССР). № 3977796/24-06; Заявлено 20.11.85; Опубл. 15.01.87. Бюл. № 18.

6. А.с. №1355886 СССР, МПК 4 G 01 М 10/00, F 04 В 51/00. Модельная гидромашина / А.В. Бобков, М.В. Краев, А.Н. Соболев (СССР). № 4067332/25-06; Заявлено 15.05.86; Опубл. 01.08.87. Бюл. № 44.

7. А.с. №1801498 СССР, МПК 5 А 61 М 1/10. Приводное устройство к искусственному сердцу А.В. Бобков (СССР). № 4921242/14; Заявлено 25.03.91; Опубл15.03.93. Бюл. № 10.

8. А.с. №941689 СССР, МПК 3 F 04 D 29/22. Центробежный насос / А.В. Бобков, М.В. Краев (СССР). № 2912821/25; Заявлено 16.04.80; Опубл. 07.07.82. Бюл. № 25.

9. Бобков А.В. Визуализация отрывных зон в каналах центробежного колеса //Вестник КнАГТУ: Сб. науч. тр. в 5-ти сб. Сб.4.-Комсомольск - на -Амуре: КнАГТУ, 1995.- Вып.1. С. 64 - 71.

10. Бобков А.В. Влияние диспропорционального масштабирования центробежного насоса на процесс его миниатюризации // Вестник КнАГТУ: Сб. науч. тр. Вып. 2. Сб. 1. 4.2. Прогрессивные технологии в машиностроении -Комсомольск-на-Амуре: КнАГТУ, 2000. С. 108-111.

11. Бобков А.В. Использование насосов СТР в системах искусственного кровообращения // Конверсия науки - международному сотрудничеству: Сб. науч. тр. 3-го межд. симпозиума Сибконверс 99. 18-20 мая 1999 г., Томск, ТУСУР, 1999. С. 34.

12. Бобков А.В. Исследование эффективности работы миниатюрного центробежного нагнетателя в неавтомодельной области по числу Re // Проблемы механики сплошной среды. Ч 1: Материалы тр. межд. науч.-техн. конф. Комсомольск - на - Амуре: КнАГТУ, 1998. С. 38 - 43.

13. Бобков А.В. Повышение теоретического напора колёс центробеж-

ных насосов летательных аппаратов // Вестник МАИ, 2004. 6 с. (принята к печати).

14.Бобков А.В. Оценка зависимости приведенной массы насосного агрегата системы терморегулирования космического аппарата от его энергетических параметров // Современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения: Сб. докладов технологического конгресса. Омск: ОмГТУ, 2001. 4.2. С. 146-149.

15. Бобков А.В. Расчет гидравлических потерь мощности в бесконтактных электроприводах постоянного тока электронасосных агрегатов космического назначения // Авиакосмические приборные технологии: Сб. материалов 2-го межд. симпозиума. СПб, ГУАП, 2002. С. 60-62.

16. Бобков А.В. Схема оптимизации проточной формы межлопаточных каналов рабочего колеса малоразмерного центробежного насоса // Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика: Сб. науч. тр. Красноярск, ГАЦМиЗ, 2002. Вып.8. 4.1. С. 366-368.

17. Бобков А.В. Схемы управления градиентами давления в круговой решетке профилей лопаточной машины // Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика: Сб. науч. тр. Красноярск, ГАЦМиЗ, 2001. Вып.7. С. 349-351.

18. Бобков А.В. Улучшение массогабаритных параметров системы терморегулирования космического аппарата за счет повышения энергетической эффективности его электронасосного агрегата // Авиакосмические приборные технологии: Сб. материалов 2-го межд. симпозиума. СПб, ГУАП, 2002. С. 38-39.

19. Бобков А.В. Управление течением в разноэнергетических зонах центробежного колеса лопаточной машины // Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика: Сб. науч. тр. Красноярск, ГАЦМиЗ, 2001. Вып.7. С. 346-348.

20. Бобков А.В. Условие оптимизации конструкции центробежного насоса при изменении его энергетических характеристик // Перспективные материалы, технологии, конструкции: Сб. науч. тр. Красноярск, ГАЦМиЗ, 2000. Вып.6. С. 536-538.

21. Бобков А.В. Центробежные насосы систем терморегулирования космических аппаратов. Владивосток: Дальнаука, 2003 г. 217 с.

22. Бобков А.В. Энергетические показатели малорасходных центробежных насосов при работе в неавтомодельной области по числу Рейнольд-са // Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика: Сб. науч. тр. Красноярск, ГАЦМиЗ, 2002. Вып.8.4.1. С. 401-403.

23. Бобков А.В., Каталажнова И.Н. Критерии выбора агрегатов для бортового гидроблока космического аппарата // Развитие оборонно-промышленного комплекса на современном этапе: Сб. докладов II межд. технологического конгресса. Омск: ОмГТУ, 2003. С. 8-9.

24. Бобков А.В., Краев М.В., Соболев А.Н. Улучшение структуры потока в колесе малорасходного центробежного насоса //Гидродинамика

больших скоростей: Межвузовский сборник. Красноярск. КПИ, 1986. С. 87 -92.

25. Бобков А.В., Мочалов О.В. Влияние фактора малорасходности центробежного насоса на уровень значений параметра b2/D2 // Перспективные материалы, технологии, конструкции: Сб. науч. тр. Красноярск, ГАЦ-МиЗ, 2000. Вып.6. С. 533-535.

26. Бобков А.В., Овсянников Б.В. Эффективность турбулизации потока в рабочем колесе центробежной машины // Тезисы докладов отчётной конференции-выставки подпрограммы 205 "Транспорт" научно-технической программы Минобразования РФ "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники", 11-13 февраля, 2002 г. Москва - Звенигород. - М.: Изд-во МАИ - 2001, С. 139-141.

27. Бобков А.В., Овсянников Б.В., Каталажнова И.Н. Статические энергетические характеристики малорасходных центробежных насосов // Современное состояние и перспективы развития гидромашиностроения в XXI веке. Тр. МНТК. СПб.: 2003. С. 71 - 72.

28. Бобков А.В., Штода И.П. Метод алгоритмической обработки изображений линий тока на плоскости // Перспективные материалы, технологии, конструкции: Сб. науч. тр. Красноярск: САА, 1998. Вып.4. С. 724-726.

29. Краев М.В., Бобков А.В., Минеев В.П. Исследование влияния проницаемости диска рабочего колеса на характеристики центробежного насоса // Гидродинамика больших скоростей: Межвузовский сборник. Красноярск, КПИ, 1981. С. 101 -107.

30. Овсянников Б.В., Бобков- А.В. Геометрическая модель течения в малоразмерных колёсах центробежных насосов // Научно-технические проблемы современного гидромашиностроения и методы их решения. Тр. МНТК. СПб.: Нестор, 2001. С. 49-53.

31. Овсянников Б.В., Бобков А.В. Улучшение энергетических параметров гидромашин путём локального повышения равномерности потока в лопаточных решётках // Современное состояние и перспективы развития гидромашиностроения в XXI веке. Тр. МНТК. СПб.: Нестор, 2003. С. 119123.

32. Овсянников Б.В., Шапиро А.С., Бобков А.В., Жданов И.Л. Повышение напора центробежных и дисковых насосов летательных аппаратов // Вестник МАИ, т.9, №2. 2002 г.

33. Пат. № 2021824 РФ, МПК 5 А 61 М 1/10. Приводное устройство к искусственному желудочку сердца / А.В. Бобков (РФ). № 4939504/14; Заявлено 24.05.91; Опубл. 30.10.94. Бюл. № 20.

34. Свид-во об офиц. регистр, программы для ЭВМ №2003612123. Condensation of the small centrifugal pump / А.В. Бобков, С.А. Андрюхин (РФ) №2003611624; Заявлено 16.07.03; Опубл. 11.09.03, ОБ РОСПАТЕНТа "Программы для ЭВМ, базы данных, топологии интегральных микросхем" № 3, 2003.

МАИ Заказ от ¿2 /2 .2.003 т. Тираж /ОО экз.

Условные обозначения.

Индексы.

Список основных приведённых величин.

Список основных сокращений.

Введение.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.1. Функциональное назначение малорасходных авиакосмических энергосиловых установок и систем терморегулирования.

1.2. Требования, предъявляемые к насосам малорасходных гидравлических систем.

1.3. Типовые конструкции малоразмерных центробежных насосов авиакосмических установок и систем терморегулирования.

1.4. Сравнение энергетических параметров МЦН с другими классами центробежных насосов.

1.5. Гидродинамические основания для выделения МЦН в отдельный класс центробежных насосов.

1.5.1. Влияние параметров пограничного слоя на течение в центробежном колесе.

1.5.2. Модель смыкания вторичных вихрей в малоразмерной лопаточной решётке.

1.6. Управление течением в рабочей решётке профилей.

1.7. Постановка задачи.

ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ МАЛОРАЗМЕРНОСТИ И МАЛОРАСХОДНОСТИ НА ПАРАМЕТРЫ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА. 77 2.1. Фактор малорасходности центробежного насоса.

2.1.1. Кинематические параметры потока в рабочем колесе малоразмерного малорасходного центробежного насоса.

2.1.1.1. Отношение скоростей Wi/u2.

2.1.1.2. Коэффициент расхода c2m/u2.

2.1.2. Значения расходного параметра q.

2.1.3. Число Рейнольдса.

2.2. Фактор малоразмерности центробежного насоса.

2.2.1. Коэффициенты масштабирования.

2.2.2. Аналитическое условие кинематического к подобия при масштабировании проточной части.,

2.2.3. Энергетические параметры.

2.2.3.1. Напор насоса.

2.2.3.2. Расход рабочего тела через насос.

2.3. Потери энергии при масштабировании насоса.

2.3.1. Гидравлические потери.

2.3.2. Объёмные утечки рабочего тела.

2.3.2.1. Диспропорциональное масштабирование щелевого уплотнения насоса.

2.3.3. Потери на дисковое трение.

ГЛАВА 3. МОДЕЛЬ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ В МАЛОРАЗМЕРНОМ

РАБОЧЕМ КОЛЕСЕ.

3.1. Визуализация структуры потока в МРК.

3.1.1. Интерпретация результатов визуализации.

3.2. Зоны отрыва потока в закрытых МРК.

3.3. Вторичные течения в закрытых МРК.

3.3.1. Области существования вторичных течений в закрытых МРК.

3.3.2. Интенсивность вторичных течений вдоль

I дисков закрытых МРК.

3.4. Построение моделей течения в МРК.

3.4.1. Модель течения в закрытом МРК.

3.4.2. Модель течения в полуоткрытом МРК.

3.5. Гидродинамический принцип оптимизации проточной формы каналов МРК.

3.5.1. Анализ условий смыкания вторичных вихрей в МРК.

3.5.2. Оптимизация геометрии МРК с учётом основных гидродинамических факторов течения.

ГЛАВА 4. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСТАНОВОК.

4.1. Экспериментальные стенды и установки для исследования МЦН.

4.2. Геометрия проточной части экспериментальных МЦН.

4.3. Методика проведения исследований энергетических характеристик МЦН.

4.4. Анализ погрешностей системы измерения стенда.

4.4.1. Статистическая обработка экспериментальных данных по энергетическим характеристикам МЦН.

4.5. Методика обработки результатов визуализационных испытаний.

ГЛАВА 5. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ МЦН.

5.1. Зависимость напора и кпд МЦН от расхода рабочего тела.

5.2. Влияние геометрии закрытого РК на характеристики МЦН.

5.2.1. Относительный диаметр

5.2.2. Ширина РК на выходе.

5.2.3. Угол лопаток на выходе РК.

5.2.4. Число лопаток.

5.3. Влияние режимных параметров на характеристики МЦН.

5.3.1. Вязкость рабочего тела.

5.3.2. Число Рейнольдса.

5.4. Баланс энергии.

5.5. Выводы.

ГЛАВА 6. ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАБОТЫ МЦН С ПОМОЩЬЮ ВЫРАВНИВАЮЩИХ ПЕРЕГОРОДОК.

6.1. Постановка задачи.

6.2. Опыт применения ВП в диффузорах и решётках профилей.

6.3. Экспериментальные исследования влияния коэффициента сопротивления ВП на гидродинамические параметры течения.

6.3.1. Коэффициент сопротивления ВП.

6.3.2. Коэффициенты сопротивления диффузоров с сетками.

6.3.3. Демпфирующие качества ВП.

6.4. Модель течения в межлопаточных каналах с ВП.

6.4.1. Визуализация течения в РК с ВП.

6.4.2. Влияние ВП на отрыв потока в РК.

6.4.2.1. Характер распределения линий тока вокруг зоны отрыва.

6.4.3. Гидродинамическая цель установки ВП в межлопаточные . каналы РК.

6.4.4. Влияние ВП на силовое поле в зоне косого среза межлопаточных каналов.

6.4.5. Оценка уровня отклонения потока под действием ВП, установленной в РК.

6.5. Энергетические характеристики МЦН с ВП.

6.5.1. Зависимость энергетических характеристик МЦН от радиуса установки ВП в РК.

6.5.2. Напор насоса с РК, на периферии которого установлена ВП.

6.5.3. Кпд насоса с РК, на периферии которого установлена ВП.

6.5.4. Повышение антикавитационных качеств насоса с помощью ВП.

6.6. Выводы.

ГЛАВА 7. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МЦН. ОПИСАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ КОНСТРУКЦИЙ.

7.1. Алгоритм расчёта РК МЦН.

7.1.1. Уровень повышения эффективности МЦН СТР при реализации предлагаемых методов оптимизации проточной части.

7.2. Описание разработанных конструкций насосов и модельных гидромашин.

7.2.1. Конструкции насосов с устройствами управления потоком.

7.2.2. Гидравлический привод к искусственному желудочку сердца.

7.2.3. Модельные гидромашины.

Миниатюризация энергетических систем авиакосмического назначения, совершенствование авиационных топливных систем, интенсификация теплообмена путём принудительного расходного течения теплоносителя в циркуляционных системах терморегулирования КА, привели к росту потребности в малорасходных насосах с давлением на выходе рвых<0.02 Мпа и коэффициентом расхода с2т< 0.1.

Подача рабочего тела в гидравлических контурах таких систем авиационного и космического назначения, как системы:

• подачи топлива в ГТД самолёта;

• подачи топлива в ЖРД малой тяги КА;

• терморегулирования КА;

• подачи воды в воздухозаборники ГТД;

• охлаждения бортовой аппаратуры самолёта;

• балансировки самолёта в полёте;

• распыления химических веществ с борта самолёта чаще всего обеспечивается за счёт работы малоразмерных центробежных насосов (МЦН) [17, 19, 31, 35, 39, 64, 72, 78, 79, 86, 88, 112, 113, 121, 125, 129, 137, 182,188].

Кроме авиационно-космической техники МЦН широко применяются в системах наземного базирования [22,23,28,61, 63,97,116,126,131,184,214]:

• вспомогательного искусственного кровообращения;

• охлаждения ЭВМ;

• захолаживания маломощного реактора;

• охлаждения камеры рефрижератора;

• кондиционирования воздуха.

Основными преимуществами центробежных перед другими типами насосов являются: f • возможность обеспечения необходимого сочетания напора и расхода рабочего тела при заданной угловой частоте вращения ступени и потребных режимах функционирования энергетических систем;

• устойчивость работы во всем диапазоне режимов эксплуатации;

• простота конструкции и низкая стоимость производства;

• высокая надежность эксплуатации по сравнению с объёмными насосами из-за отсутствия пар трения.

МЦН относятся к классу малорасходных нагнетателей. Для согласования гидравлических характеристик МЦН и трактов энергетических систем авиакосмического назначения разработчики вынуждены осуществлять процесс миниатюризации конструкций. При числах оборотов п= (3.10)-103 об/мин требуемый напор обеспечивается рабочим колесом (РК) центробежного насоса с диаметром D2, не превышающим 50-10* м, что и позволяет классифицировать эти насосы, как малоразмерные.

Значительный вклад в области малорасходных центробежных насосов различного назначения внесли Р.Б. Абрамович, JI.C. Аринушкин, Э.А. Василь-цов, Е.А. Глозман, В.В. Двирный, В.И. Думов, А.А. Кишкин, М.В. Краев, Л.Б. Лещинер, В.А. Лукин, В.В. Невелич, Б.В. Овсянников, А.Ю. Полиновский, А.С. Шапиро, А.И. Хаустов, G. Johnsson, М. Bigert и др., которые сформулировали основные представления о данном классе насосов и разработали первые инженерные методики расчёта.

Анализируя современное состояние теории и практики проектирования малоразмерных центробежных насосов можно констатировать, что особенности их гидродинамики изучены недостаточно хорошо. Аналитическая информационная база не систематизирована, отсутствуют схемы оптимизации проточных форм МЦН, базирующиеся на чётко сформулированных гидродинамических принципах организации течения в малоразмерных каналах.

Из-за того, что существует значительное несоответствие между моделями течения в полно и малоразмерных конструкциях ЦН, расчётный этап проектирования МЦН, основанный на алгоритмах расчёта, предназначенных для полноразмерных ЦН, оказывается малоэффективным. Расчётные параметры МЦН, как правило, значительно расходятся с реальными. Определение основных размеров МЦН приходится проводить на основе трудоёмких доводочных испытаний. При этом энергетические параметры (коэффициент напора и кпд) серийно выпускаемых МЦН получаются заниженными при не лучших массогабаритных показателях.

Гидродинамика потока в МЦН отличается значительным возрастанием роли сил вязкостного трения в потоке из-за пониженных значений местных чисел Рейнольдса. В потоке интенсифицируются локальные вихревые структуры, вносящие существенную неравномерность в поле скоростей и давлений рабочего тела, проходящего по каналам насоса. В результате, снижаются отклоняющие свойства решётки профилей РК, ухудшаются напорные качества, увеличиваются радиальные габариты конструкции. Теряется одно из основных преимуществ применения центробежных насосов в авиакосмических энергетиче > ских комплексах- минимальные габариты и масса.

Оценивая современное состояние дел в области исследования гидродинамики и проектирования МЦН, можно утверждать, что возникла необходимость проведения комплексных экспериментально-аналитических работ, направленных на улучшение их энергетических параметров.

Целью работы является повышение эффективности передачи энергии в МЦН, характеризуемой безразмерными коэффициентами напора и кпд, за счёт совершенствования методики расчёта, учитывающей фактор малоразмерности конструкции, а также применения устройств управления потоком в виде выравнивающих перегородок, устанавливаемых в проточную часть насоса.

Для достижения поставленной цели работа содержит.

• Теоретическое исследование влияния факторов малоразмерности и пониженных значений коэффициента расхода с2т на кинематические параметры потока в проточной части центробежного насоса, а также варианты целесообразного изменения геометрии рабочего колеса в процессе его миниатюризации.

• Описание физической модели потока в РК МЦН. Выявление доминирующих гидродинамических факторов, снижающих эффективность работы МЦН, а также теоретическая оценка уровня их влияния на течение в межлопаточных каналах малоразмерного рабочего колеса. Обоснование гидродинамических принципов оптимизации геометрии РК МЦН.

• Экспериментальное исследование энергетических параметров МЦН. Получение обобщающих зависимостей, обеспечивающих достоверное аналитическое описание напорных и кпд-характеристик, упрощающих создание алгоритма оптимизации геометрии проточной части МЦН.

• Анализ целесообразности повышения эффективности рабочего процесса в МЦН методами теории управления пограничным слоем.

• Экспериментальное исследование энергетических характеристик МЦН с ВП. Разработка методики применения устройств мелкомасштабной тур-булизации потока в виде ВП в проточной части МЦН.

• Разработка усовершенствованных конструкций МЦН, а также модельных гидромашин, предназначенных для проведения экспериментальных исследований структуры потока в каналах малоразмерных лопаточных машин.

Подтверждением актуальности тематики стало проведение исследований под научным руководством автора в рамках 3-х научно-технических программ Минобразования РФ в 2000.2004 гг.:

• "Научные исследования высшей школы в области транспорта", раздел 5.2. "Транспортные ракетно-космические системы", проект 005. 5.2. 02.01.09.

• "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" подпрограмма 205 "Транспорт", раздел 205.02 "Транспортные ракетно-космические системы", проект 205. 0.2. 01.028.

• "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" подпрограмма 204 "Технология живых систем", раздел 204. 03 "Биомедицинская техника жизнеобеспечения человека", проект 204. 03.

02.066.

Методы исследования. Основные результаты-в работе получены с помощью теоретического анализа, физического эксперимента и статистических методов обработки информации. Оценка особенностей гидродинамики течения в малоразмерных каналах лопаточных машин при пониженном уровне относительных скоростей проведена на основе методов теории подобия и гидродинамики течений в решётках профилей лопаточных машин. Физический эксперимент проведён на основе визуализации течения в межлопаточных каналах рабочего колеса МЦН и определении энергетических характеристик исследуемого класса насосов в широком диапазоне геометрических и режимных параметров. Экспериментальные данные подвергались статистической обработке с помощью пакета соответствующих компьютерных программ Mathcad, Exel и др.

Научная новизна работы состоит в следующем.

• Разработана физическая модель течения в межлопаточных каналах малоразмерного РК центробежного насоса, учитывающая доминирующее влияние факторов малоразмерности и малых коэффициентов расхода на структуру и кинематические параметры потока.

• Получены, на основе методов теории подобия, аналитические зависимости параметров ЦН от коэффициентов масштабирования геометрических и режимных параметров насоса. Проведено теоретическое исследование условий диспропорционального масштабирования межлопаточных каналов РК в ради-ально-окружной и меридиональной плоскостях в процессе уменьшения его размеров.

• Установлены опытным путём регрессионные зависимости статических энергетических параметров МЦН от безразмерных геометрических и режимных комплексов, используемых при проектировании центробежных насосов.

• Сформулированы, на основе модели разноэнергетических зон потока, критерии управления течением в проточной части МЦН. Проведена классификация устройств управления течением с обоснованием целесообразности применения выравнивающих перегородок (ВП).

• Предложен механизм влияния выравнивающей перегородки на отклоняющие качества рабочей решётки профилей. Разработана физико-математическая модель течения в зоне косого среза малоразмерного РК, на периферии которого установлена ВП.

• Впервые опытным путём получены регрессионные зависимости, описывающие влияние ВП на энергетические параметры МЦН. Определены границы целесообразного применения ВП для повышения коэффициента напора МЦН. Сформулированы принципы минимизации потерь энергии от установки ВП, конструктивная реализация которых защищена несколькими авторскими свидетельствами на изобретение.

Достоверность результатов работы обеспечена:

• при теоретических исследованиях применением положений теории лопаточных машин и теории пограничного слоя;

• в экспериментальной части работы использованием современных методов визуализации течений и типовых статистических методов интерпретации опытных данных. Степень корреляционных зависимостей, характеризующих энергетические характеристики МЦН на основе экспериментальных данных, отвечала уровню значений квадрата корреляционного отношения, равного 0.986 и выше.

Физическая модель течения в межлопаточных каналах рабочего колеса МЦН разработана на основе экспериментальных исследований автора с учётом известных моделей течения в плоских и круговых решётках профилей других авторов.

Практическая ценность работы заключается в том, что повышение энергетической эффективности МЦН авиакосмического назначения позволяет уменьшить радиальные размеры и массу конструкции, а также снизить потребление насосом энергии от бортовых источников питания.

Несколько рабочих колёс МЦН, элементами конструкций которых стали выравнивающие перегородки, в качестве опытных образцов использованы в проектно-конструкторской деятельности ФГУП "НПО ПМ им. М.Ф.Решетнёва" и предложены для модернизации существующих РК в ОАО "РКК "Энергия" им. С.П.Королёва".

На уровне изобретений разработаны модельные гидромашины и координатные устройства, предназначенные для визуализации течения и измерения полей скоростей и давлений в каналах лопаточных машин.

На защиту выносятся.

• Структурированная по разноэнергетическим зонам физическая модель течения в закрытом и полуоткрытом рабочем колесе МЦН.

• Гидродинамические принципы оптимизации проточной формы межлопаточных каналов рабочего колеса МЦН.

• Экспериментальные исследования зависимостей энергетических параметров МЦН от геометрических соотношений проточной формы каналов, режима течений и параметров рабочего тела.

• Обоснование целесообразности повышения эффективности МЦН путём перераспределения энергии вдоль поперечного сечения канала за счёт мелкомасштабной фронтальной турбулизации потока.

• Механизм повышения напорных качеств решётки профилей РК от действия выравнивающей перегородки, установленной в РК.

• , Методика расчёта МЦН.

Личный вклад автора. В настоящей работе представлены результаты, полученные автором, как самостоятельно, так и в составе творческих коллективов. В совместных научных работах в составе творческого коллектива: М.В. Краев, В.А. Лукин, Б.В. Овсянников, А.С. Шапиро, А.В. Жданов, А.Н. Соболев, В.П. Минеев, посвященных проблеме повышения энергетической эффективности ЦН с помощью выравнивающих перегородок, автору принадлежит участие в экспериментах, анализ полученных данных, написание статей и заявок на изобретения, а также аналитическое описание механизма действия ВП на отклоняющие качества решётки профилей. Автором идеи установки ВП на периферии РК ЦН является Овсянников Б.В.

В совместных научных работах, посвящённых исследованию влияния фактора малоразмерности на параметры ЦН, в составе творческого коллектива: Б.В. Овсянников, И.Н. Каталажнова, А.А. Качалов, О.В. Мочалов автору принадлежит руководство, организация и проведение экспериментов, расчётно-аналитических работ, систематизация и обобщение полученных результатов, а также выводы.

Апробация работы. Научные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на международных, всесоюзных, всероссийских научно-технических конгрессах, симпозиумах, конференциях и семинарах: II ВНТК "Современные проблемы двигателей и энергетических установок летательных аппаратов" (г. Москва, 1981 г.), III ВНТК "Современные проблемы двигателей и энергетических установок летательных аппаратов" (г. Москва, 1986 г.), МНТК "Проблемы механики сплошной среды" (г. Комсомольск - на -Амуре, 1997 г.), ВНТК "Перспективные материалы, технологии, конструкции, экономика" (г Красноярск, 1998.2002 гг.), 3-й международный симпозиум "Конверсия науки - международному сотрудничеству" (Сибконверс'99) (г. Томск, 1999 г.), технологический конгресс "Современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения" (г. Омск, 2001 г.), МНТК "Научно-технические проблемы современного гидромашиностроения и методы их решения" (г. Санкт-Петербург, 2001 г.), отчётная конференция подпрограммы 205 "Транспорт" НТП Минобразования РФ "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" (г. Москва -Звенигород, 2002 г.), 2-й международный симпозиум "Авиакосмические приборные технологии" (г. Санкт-Петербург, 2002 г.), МНТК "Современные информационные технологии" (г. Пенза, 2003 г.), МНТК "Современное состояние и перспективы развития гидромашиностроения в XXI веке" (г. Санкт-Петербург, 2003 г.), II международный технологический конгресс "Военная техника, вооружения и технологии двойного применения в XXI веке" (г. Омск, 2003 г.), ВНТК "Прогрессивные технологии конструкции и системы в приборо-и машиностроении" (г. Калуга, 2003 г.).

Основные результаты работы докладывалась на профилирующих кафедрах КнАГТУ (1993-2003 гг), научно-технических семинарах филиала ОКБ им. П.О. Сухого (2001 г.) и РКК "Энергия" им. С.П. Королёва (2002 г.).

Публикации. Содержание диссертации опубликовано в 57 работах, включая статьи в журналах и сборниках научных трудов, одну монографию, 22 авторских свидетельства (патентов) на изобретение и 1 программный продукт.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из оглавления, введения, семи глав, заключения, библиографического списка и приложений. Диссертация изложена на 365 страницах, включает 206 рисунков и 70 таблиц. Библиографический список охватывает 219 литературных источников.

В диссертации теоретически и экспериментально, на основе анализа разработанной модели течения в малоразмерном РК, а также энергетических характеристик МЦН, обосновываются гидродинамические принципы оптимизации проточной формы МЦН. Совершенствование методики расчёта малоразмерных центробежных насосов авиакосмического назначения произведено по следующим направлениям:

• предложен новый комплекс b2/L, регламентирующий проектирование оптимальной проточной формы каналов РК, соответствующий понятию базового геометрического соотношения, который в наибольшей степени влияет на гидродинамику потока в малоразмерных каналах РК ЦН;

• уточнены безразмерные соотношения b2, F, b2/L, обеспечивающие получение оптимальной проточной формы каналов РК. Получены новые данные по влиянию вязкости рабочего тела на энергетические характеристики МЦН.

• предложен новый критерий оптимизации конструкции щелевого уплотнения МЦН - максимальное значение произведения кпд г|р • г|д.

Значительная часть работы посвящена исследованиям повышения эффективности МЦН с помощью методов управления полями скоростей и давлений потока. Для малоразмерных насосов рекомендованы выравнивающие устройства фронтального действия в виде сеток, перфорированных перегородок, системы стержней и т.п., в общем случае, выравнивающих перегородок (ВП), устанавливаемых в межлопаточные каналы РК.

Первые эксперименты с сетками и перемычками, установленными на периферии рабочего колеса центробежного и дискового насосов, были проведены в конце 60-х годов 20 века Б.В. Овсянниковым, А.С. Шапиро, JI.B. Неклюдовым, Н.С. Ершовым, А.А. Свитовым. Испытания показали, что установка ВП повышает напор насосов. На первые технические решения в этой области исследователями получены авторские свидетельства на изобретение (А.С. 240480 и А.С. 284612 (СССР)).

Применение ВП в рамках данной работы рассматривалось, как одно из перспективных направлений совершенствования МЦН, не требующего изменения габаритов конструкции и усложнения проточного тракта насоса.

С целью описания механизма действия ВП на гидродинамику течений в МЦН проведён большой объём экспериментально-аналитических работ по исследованию структуры потока в каналах с ВП, влиянию гидравлического сопротивления перегородок на потери мощности, преломление линий тока в каналах РК. В рамках исследования энергетических характеристик МЦН с ВП впервые в отечественном насосостроении получены обобщающие зависимости влияния геометрических и гидравлических параметров ВП, изготавливаемых из сеток, на коэффициент напора, кпд и антикавитационные параметры МЦН.

Автор приносит огромную благодарность научному консультанту Заслуженному деятелю науки и техники РФ, профессору, д.т.н. Овсянникову Борису Викторовичу, оказавшему всестороннюю поддержку проводимым научным исследованиям, сыгравшему неоценимую и решающую роль в профессиональном становлении автора и его специализации в области гидродинамики малоразмерных лопаточных машин.

6.6. Выводы

Управление локальными энергетическими зонами в межлопаточных каналах с помощью ВП можно рассматривать как дополнение к известным методам повышения эффективности лопаточных машин. Установка выравнивающих перегородок в каналах позволяет улучшить отклоняющие свойства решётки профилей и расширить диапазон устойчивой работы турбомашины.

ВП, установленные на выходе РК малорасходных центробежных насосов, оптимизируют распределение давления на участке косого среза межлопаточных каналов, способствуя повышению напорных качеств РК. Наибольший прирост напора, зафиксированный в серии экспериментов с различными проточными формами РК, составил 38% при сохранении неизменными радиальных размеров рабочего колеса.

Применительно к МЦН, в случае их проектирования по методикам, предназначенным для общепромышленных насосов, установка выравнивающей перегородки увеличивает гидравлическую мощность насоса на 10. 18% без изменения конструкции, её массогабаритных параметров.

В проведённых исследованиях падение кпд насоса из-за установки выравнивающей перегородки на периферию РК оказалось в пределах погрешности измерений. Тем не менее, анализ энергетического баланса указывает на то, что установка ВП сопровождается появлением дополнительных видов потерь.

Возможности снижения потерь от применения выравнивающих перегородок, закрепляемых на периферии РК, в первую очередь, заключаются в понижении бандажных потерь. Очевидные пути решения указанной проблемы -уменьшение площади и шероховатости поверхности выравнивающей перегородки, а также уменьшение угловой частоты её вращения.

Кроме того, при росте относительных скоростей потока актуальной становится проблема снижения потерь от гидравлического сопротивления ВП. Добиться этого можно путём организации переменного коэффициента живого сечения выравнивающей перегородки в окружном и осевом направлениях.

ГЛАВА 7. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ МЦН. ОПИСАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

В данной главе излагаются основные положения методики проектирования проточной части МЦН. Выбор основных параметров РК базируется на реализации гидродинамических принципов оптимизации проточной формы каналов, сформулированных в предыдущих главах данной работы. Описаны типоч вые шаги расчётной схемы, а также выполнен сравнительный анализ существующей и предлагаемой методик расчёта рабочего колеса МЦН. На базе штатных ЭНА СТР проведена экспериментальная оценка уровня повышения энергетической эффективности МЦН при реализации предлагаемых мероприятий.

Во второй части главы описаны конструкции центробежных насосов и модельных гидромашин, разработанных автором в рамках исследований МЦН в составе различных исследовательских коллективов и самостоятельно.

7.1. Алгоритм расчёта РК МЦН

Проектирование геометрии проточной части РК МЦН построено на методе последовательных приближений, заключающимся в предварительном задании нескольких геометрических и режимных соотношений с последующей их проверкой и уточнением. Всю совокупность параметров, используемых в процессе проектирования, условно можно разделить на следующие подмножества:

• исходные режимные параметры, регламентированные техническим заданием;

• геометрические параметры и соотношения, используемые в расчётных схемах оптимизации проточной части, которыми можно варьировать в процессе расчета;

• конечные геометрические параметры, получаемые в результате расчета и предназначенные для подготовки конструкторско-технологической документации на производство насоса. расход V, напор Н, частота вращения ротора п, род перекачиваемой жидкости с плотностью р и кавитационный коэффициент быстроходности, а также ряд дополнительных специальных требований (гарантийные значения кпд, пределы регулирования и т. д.).

Параметры второй группы в процессе расчета задаёт конструктор. От них зависит эффективность работы насоса на расчетном режиме: коэффициенты напора и полезного действия. Это такие безразмерные соотношения, как b2, D] и F, размерные параметры: |31л, Р2л и некоторые другие.

Параметры третьей группы являются важной целью расчета. К ним относятся основные конструктивные размеры МЦН, используемые для создания конструкторско-технологической документации, предназначенной для производства насоса: dBT, Dj, D2, b2, b1}z, Ял, Ru и т.д.

Проектирование начинается с выбора числа потоков к и числа ступеней i. В практике насосостроения применяются следующие схемы компоновки центробежных насосов;

• одноступенчатый, однопоточный;

• одноступенчатый, двухпоточный;

• многоступенчатый, однопоточный с унифицированными ступенями;

• многоступенчатый, однопоточный, имеющий первую ступень с повышенными антикавитационными качествами и систему разгрузки от осевого усилия;

• многоступенчатый с двухпоточной первой ступенью и системой разгрузки от осевого усилия;

• многоступенчатый однопоточный с унифицированными ступенями и встречным расположением РК;

• многоступенчатый с двухпоточной первой ступенью и встречным расположением РК.

В таблице 7.1 дана сравнительная характеристика наиболее распространенных компоновок МЦН.

Выбирая число ступеней и число потоков, необходимо руководствоваться следующими соображениями. Чем больше число ступеней, тем меньше напор, приходящийся на одну ступень, а значит, меньше диаметр рабочего колеса и радиальные габариты насоса, выше коэффициент быстроходности. На рис. 7.1 проиллюстрировано влияние числа ступеней на коэффициент быстроходности одного из вариантов МЦН, где Vj - расход, проходящий через однопоточное

1. А.с. 1138544 СССР, МКИ^ F04D 29/22. Рабочее колесо центробежно-го насоса / А.В. Бобков, М.В. Краев, В.А. Лукин, Б.В. Овсянников (СССР). -3510828/25 - 06. Заявлено 12.11.82; Онубл. 07.02.85, Бюл. № 5.

2. А.С. 1573369 СССР, МПК 5 G 01 М 10/00, F 04 В 51/00. Модельная гидромашина / А.В. Бобков (СССР). Х» 4495989/31 - 29; Заявлено 19.10.88;Опубл. 23.06.90. Бюл. № . 23.

3. А.С. 1629775 СССР, МПК 5 G 01 М 10/00, F 04 В 51/00. Модельная гидромашина / А.В. Бобков (СССР). № 4660420/29; Заявлено 10.03.89; Опубл.23.02.91. Бюл. № . 7 .

4. А.С. 240480 СССР, МКИ^ F04D 29/22. Центробежный насос / А.С. Шапиро, Л.В. Неклюдов, Б.В. Овсянников и др. (СССР). - 1216642/25 - 08. За-явлено 06.11.68; Опубл. 21.03.69, Бюл. № 12.

5. А.с. Ко 1603072 СССР, МПК 5 F 04 D 29/18. Рабочее колесо насоса / А.В. Бобков, Д.В. Лёшин (СССР). № 4655408/31 - 29; Заявлено 27.02.89; Опубл.01.07.90. Бюл. №40.

6. А.с. № 1355886 СССР, МПК 4 G 01 М 10/00, F 04 В 51/00. Модельная гидромашина / А.В. Бобков, М.В. Краев, А.Н. Соболев (СССР). № 4067332/25 -06; Заявлено 15.05.86; Опубл. 01.08.87. Бюл. № 44.

7. А.с. № 1548686 СССР, МПК 5 G 01 М 15/00. Координатное устрой- ство для исследования поля скоростей в турбомашине / А.В. Бобков, А.С. Ас-тафуров (СССР). № 435892/25 - 06; Заявлено 04.01.88; Опубл. 07.03.90.' Бюл. № 9 .347

8. A.C. № 1564504 СССР, МПК 5 G 01 М 10/00, F 04 В 51/00. Модельная гидромашина / А.В. Бобков, В.И, Горностаев (СССР). № 4400191/31 - 29; Заяв-лено 30.03.88; Опубл. 15.05.90. Бюл. N2 . 18.

9. А.с. № 1566253 СССР, МПК 5 G 01 М 10/00, F 04 В 51/00. Модельная гидромашина / А.В. Бобков, А.В. Ослонович (СССР). № 4492697/31 - 29; Заяв-лено 10.10.88; Опубл. 22.01.90. Бюл. № . 19.

10. А.С. № 1733707 СССР, МПК 5 F 04 D 29/16. Насос / А.В. Бобков (СССР). № 4794994/29; Заявлено 22.02.90; Опубл. 15.05.92. Бюл. № 18.

11. А.с. № 1801498 СССР, МПК 5 А 61 М 1/10. Приводное устройство к искусственному сердцу А.В. Бобков (СССР). № 4921242/14; Заявлено 25.03.91;Опубл. 15.03.93. Бюл. №10.

12. А.С. № 941689 СССР, МПК 3 F 04 D 29/22. Центробежный насос / А.В. Бобков, М.В. Краев (СССР). № 2912821/25; Заявлено 16.04.80; Опубл.07.07.82. Бюл. № 25.

13. Абрамович Г.Н. Теория турбулентных струй. - М.: Физматиздат, 1960.-715 с.

14. Абрамович Г.Н. Турбулентные свободные струи жидкостей и газов. - М.: Гоэнергоиздат, 1948. - 310 с.

15. Агрегаты автономных энергетических систем: Учеб. пособие / Е.Н. Головёнкин, Д.В. Двирный, Н.А. Ковалёв и др. Под ред. К.Г. Смирнова - Ва-сильева. - Красноярск: КрПИ, 1986. - 89 с.

16. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. - М.: Недра, 1970. - 216 с.

17. Аринушкин Л.С, Абрамович Р.Б., Полиновский А.Ю. и др. Авиаци- онные центробежные насосные агрегаты. - М.: Машиностроение, 1967. - 255 с.

18. Астрахов А.В., Панин Д., Петрикевич Б.Б. Тепломассообмен и тре- ние при течении газа в осесимметричном канале на участке после смыканияпограничных слоев // Машиностроение. - 1998. - № 4. - 62 - 68.

19. Аэродинамика ракет / Под ред. М.Хемша, Дж. Нильсена. - М.: Мир, 1989.-426 с.

20. Байков A.H. Искусственные желудочки сердца / Под ред. А.М.Медведева. - Томск.: 1999. -112 с.

21. Баренбойм А.Б. Малорасходные фреоновые турбокомпрессоры. - М.: Машиностроение, 1974. - 224 с.

22. Баренбойм А.Б., Шлифштейн А.И. Газодинамический расчёт холо- дильных центробежных компрессоров. - М.: Машиностроение, 1980. - 152 с.

23. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика. - М.: Машинострое- ние, 1971.-670с.

24. Бобков А.В. Визуализация отрывных зон в каналах центробежного колеса // Вестник КнАГТУ: Сб. науч. тр. в 5 - ти сб. Комсомольск - на - Амуре:КнАГТУ, 1995. - Сб.4. Вып.1. - 64 - 71.

25. Бобков А.В. Использование насосов СТР в системах искусственного кровообраш;ения // Конверсия науки - международному сотрудничеству: Сб.науч. тр. 3-го международного симпозиума Сибконверс 99. - Томск: ТУСУР,1999. - 34.

26. Бобков А.В. Повышение теоретического напора колёс центробежных насосов летательных аппаратов // Вестник МАИ, 2004. - 6 с. (принята к печати)..

27. Бобков А.В. Схемы управления градиентами давления в круговой решётке профилей лопаточной машины // Перспективные материалы, техноло-гии, конструкции, экономика: Сб. науч. тр. - Красноярск: ГАЦМиЗ, 2001. -Вьш.7.-С.349-351.

28. Бобков А.В. Управление течением в разноэнергетических зонах цен- тробежного колеса лопаточной машины // Перспективные материалы, техноло-гии, конструкции, экономика: Сб. науч. тр. - Красноярск: ГАЦМиЗ, 2001. -Вып.7. - 346 - 348.

29. Бобков А.В. Условие оптимизации конструкции центробежного на- соса при изменении его энергетических характеристик // Перспективные мате-риалы, технологии, конструкции: Сб. науч. тр. - Красноярск: ГАЦМиЗ, 2000. -ВЫП.6.-С.536-538.

30. Бобков А.В. Центробежные насосы систем терморегулирования кос- мических аппаратов. - Владивосток: Дальнаука, 2003 г. - 217 с.

31. Бобков А.В., Мочалов О.В. Повышение функциональности визуали- зационного стенда для исследования течений в центробежных колёсах // Пер-спективные материалы, технологии, конструкции: Сб. науч. тр. Красноярск:СибАА, 1998. - Вып.4. - 720 - 723.

32. Бобков А.В., Мочалов О.В. Расчёт осевой силы в малогабаритном центробежном насосе // Перспективные материалы, технологии, конструкции:Сб. науч. тр. Красноярск: ГАЦМиЗ, 1999. - Вып.5. - 360 - 362.

33. Бобков А.В., Штода И.П. Метод алгоритмической обработки изо- бражений линий тока на плоскости Перспективные материалы, технологии,конструкции: Сб. науч. тр. Красноярск: СибАА, 1998. - Вып.4. - 724 - 726.

34. Богомолов Е.Н. Гидродинамика вторичных течений в турбомашинах: Учебное пособие. - В 2 - х ч . -Ч. 1: Возникновение и свойства вторичных тече-НИИ. - Рыбинск: РГТА, 1998. - 77 с.

35. Богомолов Е.П. О смыкании зон вторичных течений в турбинных решётках и его влиянии на концевые .потери // Изв. вузов. Авиационная техни-ка.-1991.-№ 3.-С. 25-31.

36. Богомолов Е.Н. Рабочие процессы в охлаждаемых турбинах газотур- бинных двигателей с перфорированными лопатками. - М.: Машиностроение,1987.-160 с.

37. Богомолов Е.Н., Лебедев В.А. Визуальные исследования пространст- венного пристеночного течения на входе в турбинную решётку // Изв. вузов.Энергетика. - 1988. - № 4. - 68 - 72.

38. Богомолов Е.Н., Ремизов А.Е. Влияние смыкания вторичных течений на характеристики сопловой решётки газовой турбины // Известия вузов. Ма-h шиностроение. - 1993. - № 10 -12. - 53 - 60.

39. Богомолов Е.Н., Ходак Е.А. Струйная модель вторичных течений в искривлённом канале прямоугольного сечения // Изв. вузов. Авиационная тех-ника. - 1998.-№ 4. - 95 -102.

40. Боровский Б.И. Энергетические параметры и характеристики высо- кооборотных лопастных насосов. - М.: Машиностроение, 1989. -184 с.

41. Буренин В.В., Гаевик Д.Т., Дронов В.П. и др. Конструкция и экс- плуатация центробежных герметичных насосов. - М.: Машиностроение, 1977.*-152 с.

42. Ван - Дайк М. Альбом течений жидкости и газа. - М.: Мир, 1986.- 182 с.

43. Васильцов Э.А., Невелич В.В. Герметичные электронасосы. - Л.: р Машиностроение, 1968. - 260 с.

44. Вейнберг Д.М., Верещагин В.П., Мирошник О.М. и др. Уникальные электромеханические бортовые системы орбитальной космической станции"Мир". - М.: Наука, 2001. - 55 с.

45. Вильнер Я.М., Ковалёв Я.Т., Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. - Минск: Вышэйшая школа, 1976.-416 с.

46. Волостных В.Н., Франкфурт М.О. Об использовании ветрянок для повышения эффективности конических диффузоров с отсосом и сдувом погра-^ ничного слоя // Промышленная аэродинамика. - М.: Машиностроение. -1987. -353Вып. 2 (34).-С. 133-137.

47. Высокооборотные лопаточные насосы / Под ред. Б.В. Овсянникова и В.Ф. Чебаевского. - М.: Машиностроение, 1975. - 336 с.

48. Гад - Эль - Хак. Методы визуализации нестационарных течений: об- зор // Тр. Амер. о-ва инж. - мех. Современное машиностроение. Серия А. -1989.-.№5.-С. 164-169.

49. Галимзянов Ф.Г., Галимзянов Р.Ф. Теория внутреннего турбулентно- го движения / Под ред. Галимзянова Ф.Г. - Уфа: Эксперт, 1999. - 352 с.

50. Ганчев Б.Г., Полосин В.В., Селиховкин СВ. Проектирование ступе- ни лопаточной машины: Учеб. пособие / Под ред. Л.Л. Калишевского. - М.:МГТУ, 1993.-66С.

51. Гидродинамика потока в рабочих колёсах центробежных турбома- шин: Учеб. пособие / Н. Шкарбуль, А.С. Жарковский. - СПб.: СПбГТУ, 1996.-357 с.

52. Глушицкий И.В. Охлаждение бортовой аппаратуры авиационной техники. - М.: Машиностроение, 1987. -184 с.

53. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. - М.: Высшая школа, 1977. - 479 с. '

54. Гогиш Л.В., Степанов Г.Ю. Турбулентные отрывные течения. - М.: Наука, 1979.-369 с.

55. Гостелоу Дж. Аэродинамика решеток турбомашин. - М.: Мир, 1987. - 392 с.

56. Гречаниченко Ю.В., Пестеренко В.А. Вторичные течения в решётках турбомашин. - Харьков: Вища школа, 1983. - 120 с.

57. Давыдов А.Б., Кобулашвили А.Ш., Шерстюк А.Н. Расчёт и конст- руирование турбодетандеров. - М.: Машиностроение, 1987. - 232 с.

58. Двирный В.В. Технологические особенности агрегатов автоматики систем терморегулирования космических аппаратов с длительным сроком ак-тивного существования: Дисс. ... канд. техн. наук в форме научного доклада /СибАА. - Красноярск, 1993. - 44 с.i 354

59. Двирный B.B., Краев М.В. Малорасходные автономные нагнетатели. - Красноярск: Изд - во КрГУ, 1985.-152 с.

60. Дейч М.Е., Зарянкин А.Е. Газодинамика диффузоров и выхлопных патрубков турбомашин, - М.: Энергия, 1970. - 384 с.

61. Довжик А. Некоторые особенности аэродинамики осевых мало- расходных нагнетательных машин // Промышленная аэродинамика. - М.: Ма-шиностроение. -1987. - Вып. 2 (34). - 5 - 29.

62. Дронов Ю.В. Влияние установки сетки на уменьшение гидравличе- р; ских потерь в сложном трубопроводе // Изв. вузов. Авиационная техника. -1966.-X2 3.-C. 137-140.

63. Думов В.И. Определение теплового состояния топливных комплек- сов летательных аппаратов, оборудованных гидроприводными баковыминасосами. - М.: ЦИПКК, 1990. - 56 с.

64. Думов В.И. Повышение антикавитационных свойств центробежных ступеней насосов при помоши осевых предвключённых колёс // Теплоэнергети-ка. - 1957. - Х» 4. - 16 - 21.

65. Думов В.И. Расчёт напорных характеристик осевых винтовых колёс // Теплоэнергетика. -1962. - № 11. - 23 - 27. - '

66. Думов В.И. Расчёт топливных лопаточных насосов центробежного типа. - М.: ЦИПКК, 1989. - 72 с.г 87. Думов В.И., Пешкин М.А. Некоторые результаты исследования ра-боты осевых винтовых колёс // Энергомашиностроение. - 1962. - № 2. - 9 -И.

67. Елисеев А.С. Техника космических полётов. - М.: Машиностроение, 1983.-307 с.

68. Епифанова В.И. Компрессорные и расширительные турбомашины радиального типа. - М.: Машиностроение, 1984. - 376 с.

69. Ершов В.И., Меньшиков В.А., Скоб Ю.А., Угрюмов М.Л. Особенно- сти формирования пространственных отрывных течений в плоских диффузор-^ ных решётках // Проблемы машиностроения. - Киев: Наук, думка. - 1988. -355ВЫП.29.-СЛ7-24.

70. Жарковский A.A. Математическое моделирование рабочих процес- сов в центробежных насосах низкой и средней быстроходности для решениязадач автоматизированного проектирования // Автореферат дисс. .., д - ра техн.наук / ГОУ СПбГПУ. - СПб, 2003. - 32 с.

71. Жарковский А.А., Грянко Л.П., Плешанов В.Д. Автоматизированное проектирование рабочего колеса центробежного насоса: Учеб. пособие. - СПб.:Изд - во СПбГТУ, 1997. -108 с. •

72. Идельчик И.Е. Аэрогидродинамика технологических аппаратов. (Подвод, отвод и распределение потока по сечению аппаратов). - М.: Машино-строение, 1983. - 351 с.

73. Идельчик И.Е. Аэродинамика потока и потери напора в диффузорах // Промышленная аэродинамика. - М.: МАП. - 1947. - Вып. 3. - 132 - 209.

74. Идельчик И.Е. Выравнивающее действие сопротивления, помещён- ного за диффузором // Тр. ЦАГИ. -1948. - Вып. 662. - 25 - 52.

75. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Под ред. М.О. Штейнберга. - М.: Машиностроение, 1992. - 672 с.

76. Ионов А.Г., Мекеницкий Я., Боголюбский O.K. Насосно - цирку- ляционные системы морозильных установок. - М.: Пищевая промышленность,1976. -190 с.

77. Искаков К.М., Трушин О.В., Шаталов Ю.С. Теплоотдача и гидросо- противление в радиальных каналах лопаток турбин с кольцевыми турбулизато-рами пограничного слоя в условиях вращения // Изв. вузов. Авиационная тех-ника.-1998.-№ 3. - 57 - 62.

78. Ишин, Хонами. Трехмерное турбулентное отрывное течение с под- ковообразным вихрем // Тр. Амер. о-ва инж. - мех. Энергетические машины иустановки. -1986. - № 1. - 76 - 81.

79. Калинин М.М., Смирнов П.А. Выбор оптимального входного угла лопатки при работе центробежного колеса в неавтомодельной области по числуRe // Изв. вузов. Машиностроение. -1989. - № 5. - 61 - 63.356

80. Калинин M.M., Смирнов Н.А. О выборе газодинамических парамет- ров центробежного колеса при малых числах Рейнольдса // Изв. вузов. Маши-ностроение. - 1989. - № 7. - 75 - 77.

81. Кампасти Н. Аэродинамика компрессоров: Пер. с англ. - М.: Мир, 2000.-688 с.

82. Киселёв П.Г. О коэффициентах Кориолиса и Буссинекса. // Тр. МИ- СИ, № 124. Вопросы гидравлики. - 1974. - 4 -12.

83. Кишкин А.А., Краев М.В. Оценка мощности механических потерь рабочего колеса малорасходного центробежного насоса // Изв. вузов. Авиаци-онная техника. - 1989. - .№ 4. - 89 - 92.

84. Кишкин А,А., Краев М.В., Карасев В.П. Оценка момента сопротив- ления на корпусе малорасходного центробежного насоса // Изв. вузов.Авиационная техника. -1992. - № 3. - 40 - 44.

85. Кишкин А.А., Краев М.В., Карасев В.П., Сизых Д.Н. Баланс энергии в малорасходном центробежном насосе // Изв. вузов. Авиационная техника. -1991.-Хо2.-С. 44-49.

86. Корино Е.Р., Бродкин Р.С. Визуальное исследование пристеночной области в турбулентном течении // Механика. - 1971. - JV» 1. - 2 - 9.

87. Корнилов В.И. Пространственные пристенные течения в угловых конфигурациях. - Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН,2000. - 399 с.

88. Космические аппараты / Под общ. ред. К.П. Феоктистова. - М.: Воен- издат, 1983.-319С.

89. Краев М.В., Бобков А.В., Минеев В.П. Исследование влияния прони- цаемости диска рабочего колеса на характеристики центробежного насоса //Гидродинамика больших скоростей: Межвуз. сб. - Красноярск: КПИ, 1981. - 101-107.

90. Краев М.В., Кишкин А.А., Сизых Д.Н. Гидродинамика малорасход- ных насосных агрегатов. - Красноярск: СибАА, 1998. -157 с.

91. Кулаков В.М., Данилович В.И. Экспериментально - теоретическое разделение потерь в малоразмерном лопаточном направляющем аппарате //компрессорные и расширительные машины / Под ред. А.Н. Шерстюка. - М.:МИХМ, 1977.-С.55-63.

92. Лабораторный курс гидравлики, насосов и гидропередач / Под ред. С. Руднева и Л.Г. Подвиза. - М.: Машиностроение, 1974. - 416 с.

93. Локшин Л.С, Лурье Г.О., Дементьева И.И. Искусственное и вспомо- гательное кровообращение в сердечно - сосудистой хирургии. - М.: Пресса,1998.-221 с.

94. Ломакин А.А. Центробежные и осевые насосы. - Л.: Машинострое- ние, 1966.-363 с.

95. Лопастные насосы: Справочник / В.А.Зимницкий, А.В.Каплун, А.Н.Папир, В.А.Умов; Под общ. ред. В.А.Зимницкого и В.А.Умова. - Л.: Ма-шиностроение, 1986. - 334 с.

96. Лэнгстон. Поперечные течения в канале турбинной решетки // Тр. Амер. о-ва инж. - мех. Энергетические машины и установки. -1980. - № 4. - 111-117.

97. Ляпков П.Д. О гидравлическом кпд погружных центробежных насо- сов для скважин // Вестник машиностроения. - 1965. - № 9. - 34 - 37.

98. Малозёмов В.В., Кудрявцева П.С. Оптимизация систем терморегули- рования космических аппаратов. - М.: Машиностроение, 1988. -134 с.

99. Матвеев В.Н., Мусаткин П.Ф., Тихонов П.Т. Экспериментальное оп- ределение влияния фактора масштабности на кпд микротурбин // Изв. вузов.Авиационная техника. - 1997. - № 2. - 65 - 69.

100. Овсянников Б,В,, Боровский Б,И, Теория и расчёт агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей, 3 - е изд., перераб. и доп. - М.: Машино-а строение, 1986, - 376 с.359

101. Овсянников Б.В., Шапиро А.С., Бобков А.В., Жданов И.Л. Повыше- ние напора центробежных и дисковых насосов летательных аппаратов // Вест-ник МАИ. - 2002. - Том.9. - № 2. - С 26 - 32.

102. Олизаров В.В., Илюшин Ю.С. Системы жизнеобеспечения и безо- пасности полёта экипажа ЛА. -М.: ВВИА им. Н.Е.Жуковского, 1984. -59 с.

103. Павленко В.Ф., Дьяченко А.А., Жулев В.И. и др. Боевая авиационная техника: летательные аппараты, силовые установки и их эксплуатация / Подред. В.Ф. Павленко. - М.: Воениздат, 1984. - 320 с.

104. Памрин. Аэродинамика малогабаритных компрессоров и вентилято- ров // Тр. Амер. о-ва инж. - мех. Энергетические машины и установки. -1973 .-№3.-С. 125-132. •

105. Пат № 2020443 РФ, МПК 5 G 01 М 10/00, F 04 В 51/00. Модельная гидромашина / А.В. Бобков (РФ). № 4940809/29; Заявлено 03.06.91; Опубл.30.09.94. Бюл. Яз.18.

106. Пат. № 2020444 РФ, МПК 5 G 01 М 10/00, F 04 В 51/00. Модельная гидромашина / А.В. Бобков (РФ). № 4940843/29; Заявлено 03.06.91; Опубл.30.09.94. Бюл. №18.

107. Пат. № 2021824 РФ, МПК 5 А 61 М 1/10. Приводное устройство к искусственному желудочку сердца / А.В. Бобков (РФ). № 4939504/14; Заявлено24.05.91; Опубл. 30.10.94. Бюл. № 20.

108. Пат. № 2027980 РФ, МПК 6 G 01 М 9/06, G 01 Р 5/14. Координатное устройство исследования поля скоростей в турбомашине / А.В. Бобков (РФ). №5022997/23; Заявлено 31.07.91; Опубл. 27.01.95. Бюл. № 3.

109. Пат. № 2060486 РФ, МПК 6 G 01 М 9/00 Модельная лопастная ма- шина / А.В. Бобков (РФ). № 5050436; Заявлено 01.07.92; Опубл. 20.05.96. Бюл.№14.

110. Пат. № 2132001 РФ, МКП 6 F04D 13/06. Герметичный электронасос- ный агрегат / Н.И. Белоусов, Л.Л. Дондэ (РФ). № 97114589/06; Заявлено26.08.97; Опубл. 20.06.99, Бюл. № 17.

111. Пичулин B.C., Олизаров В.В. Системы терморегулирования индиви- I' 360дуального защитного снаряжения экипажей летательных аппаратов: Учеб. по-собие. - М.: МАИ, 1995. - 60 с.

112. Поли В.Р., Итон Дж.К. Экспериментальное исследование продоль- ных парных вихрей индуцированных в турбулентном пограничном слое // Аэ-рокосмическая техника. - М. -1989. - № 4. - 29 - 40.

113. Пфлейдерер К. Лопаточные машины для жидкостей и газов. - М.: Машгиз, 1960.-683 с.

114. Рейнольде А. Дж. Турбулентные течения в инженерных приложени- ях / Перевод с англ. - М.: Энергия, 1979. - 408 с.

115. Рекстин Ф.С., Бритвар Б.Я. Эффективность работы концевой ступени центробежного компрессора при малых числах Рейнольдса // Химическое инефтяное машиностроение. -1970. - № 11. - 17 -19.

116. Ржавин Ю.А. Осевые и центробежные компрессоры двигателей лета- тельных аппаратов. Теория, конструкция и расчёт. - М.: МАИ, 1995. - 344 с.

117. Риман И.С. Изменение с помощью сеток профиля скоростей в кана- лах переменного сечения // Промышленная аэродинамика. - М.: Оборонгиз. -1960.-ВЫП.20.-С.216-238.^ 155. Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины. - Д.: Машино-361строение, 1981. - 351 с.

118. Романенко П.Н. Тепломассообмен и трение при градиентном тече- нии жидкостей. - М.: Энергия. -1971. - 568 с.

119. Сейбен, Кроутил, Седрик. Течения в конических диффузорах с на- турными параметрами и при моделировании условий на входе с помощью сеток// Ракетная техника и космонавтика. -1976. - Том 14. № 12. - 71 - 80.

120. Селезнёв К.П., Галёркин Ю.Б. Центробежные компрессоры. - Л.: Машиностроение, 1982. - 271 с.

121. Селезнёв К.П., Подобуев Ю.С., Анисимов А. Теория и расчёт тур- бокомпрессоров. - Л.: Машиностроение, 1968. - 408 с.

122. Селезнёв К.П., Шкарбуль Н. Некоторые критерии, определяющие течение в элементах проточной части турбомашин // Энергомашиностроение. -1972.-Я2 9.-С. 19-22.

123. Селифонов B.C., Овсянников Б.В., Боровский Б.И. Теория и расчёт агрегатов питания двигательной установки: Учеб. пособие. / Под ред. Б.В.Овсянникова. - М.: МАИ, 1980. - 80 с.

124. Сено, Ниси. Определение отрыва потока в диффузоре путем расчета пограничного слоя // Тр. Амер. о - в а инж. - мех. Теоретические основыинженерных расчетов. -1977. - № 2. - 206 - 219.

125. Сену, Ямагути, Ниси. Визуальное исследование пространственного течения в центробежном компрессоре // Тр. Амер. о-ва инж. - мех. Энергети-ческие машины и установки. - 1968. - № 3. - 26 - 35.

126. Сивердинг Современные достижения в исследовании основных особенностей вторичных течений в каналах турбинных решеток // Тр. Амер. о -ва инж. - мех. Энергетические машины и установки. -1985. - № 2. - 1 -13.

127. Соколов Ю.Н. Основы единой теории лопастных машин (насосов, вентиляторов, воздуходувок). - Томск: ТПИ, 1973. - 217 с.

128. Степанов Ю.Г. Гидродинамика решёток турбомашин. - М.: Физмат- гиз, 1962.-512С.

129. Стома А., Кудрявцев В.В., Кузьмин В.Н. и др. Бесконтактные элек- тродвигатели постоянного тока в электронасосных агрегатах космических ап-паратов // Электротехника, - 1999. - № 6. - 11 - 14.

130. Сэноо, Маруяма, Коицуми, Накасе. Влияние вязкости на коэффици- ент отставания потока в центробежных вентиляторах // Тр. Амер. о-ва инж. -мех. Энергетические машины и установки. -1974. - № 1. - 68 - 75. -

131. Таганов Г.И. Выравнивающее действие сеток в потоках жидкостей и газов. - Тр. ЦАГИ, 1947. - Вып. 604. - 14 с.

132. Теория и расчёт турбокомпрессоров: Учеб. пособие для студентов вузов машиностроительных специальностей. / К.П.Селезнёв, Ю.Б.Галеркин,С.А.Анисимов и др.; Под общ. ред. К.П.Селезнёва. - Л.: Машиностроение, 1986.- 392 с.

133. Терещенко Ю.М. Аэродинамика компрессорных решёток. - М.: Ма- шиностроение, 1979. -118 с.

134. Тимшин А.И. Структура потока в относительном движении на выхо- де из колеса центробежного насоса // Гидравлические машины. -1972. - Вып. 6.-С. 47-53.

135. Тихонов П.Т., Пфайфле Э.Э. Влияние высоты лопаток соплового ап- л 363^ парата осевых микротурбин на коэффициент скорости и угол выхода нотока //Изв. вузов. Авиационная техника. - 1992. - JVk 3. - 107 - 109.

136. Толяренко Н.В. Основы проектирования орбитальных станций: Учеб. пособие. - М.: МАИ, 1994. - 64 с.

137. Трифонов Е.В., Думов В.И. Определение кавитации при помощи хрупких покрытий // Энергомашиностроение. - 1955. - >Г2 1. - 25 - 26.

138. Францев В.К., Шерлыгин Н.А. Силовая установка самолётов Як - 40 и М-15.-М.: Транспорт, 1981.-231 с.

139. Халатов А.А., Капитанчук К.И. К расчёту предельных углов откло- нения линий на торцевой поверхности модели соплового аппарата // Изв. вузов.Авиационная техника. - 1988. - № 1. - 114 -116.

140. Хаустов А. И. Разработка систем для нагнетания крови с использова- нием опыта ракетного двигателестроения: Дис. . . .д-ра техн. наук / Моск. гос.авиацион. ин - т. - М., 1998. -183 с.

141. Хаустов А.И., Овсянников Б.В., Короткевич П.Н., Хавруняк Д.В. Не- " стационарные режимы работы насосов ракетных двигателей // Изв. вузов. Авиа-ционная техника. - 1998. - >Г2 4. - 50-53.

142. Хауэрд, Китмер Измерение скоростей в канале радиального рабочего колеса центробежного компрессора закрытого и полуоткрытого типов // Тр.Амер. о-ва инж. - мех. Энергетические машины и установки. -1975. - № 2. - 66-73.

143. Хиршель Э., Кордулла В. Сдвиговое течение сжимаемой жидкости. Численный расчёт пограничного слоя: Пер. с англ. - М.: Мир, 1987. - 248 с.

144. Хлопенков П.Р., Веселов В.И. Повышение эффективности рабочих , колёс центробежных насосов систем жидкостного охлаждения РЭА // ВопросыV:-У364радиоэлектроники. ТРТО, -1981. - Вып. 1. - 52 - 58.

145. Хованский О.М. О коэффициенте потерь гидродинамического напо- ра в перфорированных решётках и сетках квадратного плетения // Изв. Вузов.Машиностроение. - 1963. - № 5. - 159 -176.

146. Холш;ёвников К.В., Емин О.Н., Митрохин В.Т. Теория и расчёт авиа- ционных лопаточных машин. - М.: Машиностроение, 1986. - 432 с.

147. Хорошев Г.А., Петров Ю.И., Егоров Н.Ф. Борьба с шумом вентиля- торов. - М.: Энергоиздат, 1981. - 144 с.

148. Хоуард И., Осборн Г. Применение модели "струя - след" к анализу течения в межлопаточном канале рабочего колеса центробежного компрессора// Тр. Амер. о - в а инж. - мех. Теоретические основы инженерных расчётов. -1977.-№1.-С.241-248.

149. Чебаевский В.Ф., Петров В.И. Кавитационные характеристики высо- кооборотных шнеко - центробежных насосов. - Л.: Машиностроение, 1973. -151с.

150. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. - М.: Энергия, 1977.-424 с.

151. Чернявский Л.К., Герасимов А.В. Некоторые особенности погранич- ных слоев в рабочем колесе центробежного компрессора // Рабочие процессыкомпрессоров и установок с ДВС: Сб. науч. тр. Труды ЛПИ № 411. - Д.: ЛПИ,1985.-С.18-21.

152. Чернявский Л.К., Герасимов А.В. Особенности течения вязкой среды в межлопаточных каналах центробежных колес, спрофилированных по методуЛПИ // Рабочие процессы компрессоров и установок с ДВС: Сб. науч. тр. Тру-ды ЛПИ № 394. - Л.: ЛПИ, 1983. - СЛ6 - 20.

153. Чжен П. Управление отрывом потока. - М.: Мир, 1979. - 552 с.

154. Чумаченко Б.Н. Высокооборотные лопаточные агрегаты // ЦНТИ "Поиск". - Обзор. -1987. - 93.

155. Шерстюк А.Н. Расчёт течений в элементах турбомашин. - М.: Ма- шиностроение, 1967.- 188 с.

156. Шерстюк А.Н., Зарянкин А.Е. Радиально - осевые турбины малой мощности. - М.: Машиностроение, 1976. - 156 с.

157. Шкарбуль Н., Авдеев Н.П., Жарковский А.А., Резунков Ю.А. Ис- следование влияния управления пограничным слоем в центробежных колесахна их эффективность // Энергомашиностроение. - 1976. - № 2. - 16—18.

158. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. - М.: Наука, 1974. - 711 с.

159. Экардт Д. Подробное исследование течения в высокоскоростном ра- бочем колесе центробежного компрессора // Тр. Амер. о-ва инж. - мех. Теоре-тические основы инженерных расчетов. -1976. - >Г2 3. - 156 -178.

160. Эшдтан, Джонсон. Неустойчивый отрыв потока и максимальное вос- становление давления в двухмерных диффузорах с прямолинейными стенками// Тр. Амер. о-ва инж. - мех. Теоретические основы инженерных расчётов. -1980.-ХоЗ.-С. 97-106.

161. Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств. - М.: Высш. шк., 1988. - 479 с.

162. Яременко О.В. Испытания насосов. Справочное пособие. - М.: Ма- % шиностроение, 1976.-225 с.л 366

163. Dickinson S.C. Flow visualization and velocity measurements in the sepa- rated region of an appendage - flat plate junction. - DTNSRDC Report 86/20,1986.

165. Eckardt D. Detailed flow investigations within speed centrifugal compressor impeller // Trans ASME Journal of Fluids Engineering 98. 1976. P. 390 -402.

166. Frey K.P.H., Vasuki N.C., Detached flow and control, published by the authors at Box 584, Newark, Delaware, 19711.1966.

167. Johnsson G., Bigert M. Development of small centrifugal pumps for an electric propellant pump system / 40th congress of the international astronauticalfederation. IAF - 89 - 290. Malaga. October 7-12,1989. P. 1 -12.

168. Pierce F.J., Ezekwe C.I. Turbulent stress tensors in a three - dimensional boundary layer / Virginia Polytechn. Inst. and State Univ. Blacksburg. - Rep. NE - 75-1,1975.

169. Roshko A. Uses of flow visualization in research // Proc. 1 Int. Conf. On Experimental Fluid Mechanics, Chengdu. China, June 17-21 . 1991. - Beijing: Int.Acad.Publ, 1992.-P.2-11.

170. Shekarriz A., Fu T.C., Katz J. et al. Quantitative visualization of juncture and tip vortices using particle displacement velocimetry. — AIAA Paper N 91 -0269,1991.

171. Toril K. Flow Uisualisation by Smoke - Wire Technique. // The In- ternational Symposium of Flow Uisualisation. Tokyo, 1977. Oct., P. 175 -180.

172. Yang W. - J. Second generation flow visualization techniques // Computers and Experiments in Fluid Flow: Proc. of the fourth Int. Conf. onComputational Methods and Experimental Measurements, Capri, Italy, May 1989. -Springer-Verl., 1989.-P. 3-11.367