В статье проведено исследование работы ортогонального гидроагрегата. Основной задачей являлось выявление экстремальных значений момента на валу и суммарной мощности. Рассмотрены методы ее увеличения.
Исходные данные для расчета: напор - 4 м, скорость на входе - 8 м/с (Re = 4,66·106), диаметр рабочего колеса 500 мм. Геометрические характеристики ротора: число лопастей (z) - 4, b (длина хорды) = 190 мм, (относительная длина хорды), s = 1,52 (степень затенения трассы).
Основным рабочим органом агрегата являются его лопасти, выполненные в виде авиационных профилей. В данной конструкции используется крыловой профиль NACA0012.
На основании полученной картины обтекания сделана диаграмма сил, действующих на лопасть (рис. 1)
Рис. 1. Распределение сил на лопасти при обтекании с отрицательными углами атаки
С шагом в 10 градусов были построены поляры NACA0012 при Re = 4663158 и различных углах атаки. После вычисления подъемной силы
силы по направлению потока
были получены проекции (F) результирующей аэродинамической силы (R) на хорду профиля (она же - касательная к окружности в данной точке).
Момент от одной лопасти определяется произведением силы (F) и плеча (радиус ротора) M = F∙r. На рис. 2 представлен график изменения суммарного момента на валу за 1 оборот. Результирующая мощность при угловой скорости 2,215 с-1 составила 1,4 кВт.
Рис. 2. Изменение момента на валу в течение одного оборота
Физика и гидродинамика ортогонального агрегата мало изучена, поэтому расчет его параметров весьма затруднителен. При рассмотрении не учитывались динамические свойства жидкости, статическое и динамическое давления, кавитация, шероховатость профиля.
Расчет показал, что подобранные геометрические характеристики не пригодны для конструирования натурного гидроагрегата ввиду низкого значения мощности на выходе.
Последняя может быть усилена изменением профиля лопасти ротора, механизацией ее поворота, подбором других соотношений «геометрии» ротора.
Список литературы
-
Гидротехническое строительство. - 2011. - № 4. - С. 33-39.
-
Энергоэффективность Волгоградской области. - 2007. - №2. - С. 40-42.