Приложение F (справочное). Оценка потерь, вызванных протечками воды через геометрически различные уплотнения

Приложение F
(справочное)

Оценка потерь, вызванных протечками воды через геометрически различные уплотнения

F.1 Коэффициент потерь в уплотнении рабочего колеса

В основном тексте стандарта дается только методика пересчета для геометрически подобных уплотнений ( = 0). Однако вследствие трудности изготовления модели, а также из-за наличия структурных ограничений по установке сенсоров и т.п. конструкция уплотнений модели может не удовлетворять требованиям, приведенным в таблице 1. В данном случае процедура, описанная в настоящем приложении, может использоваться для оценки объемного КПД натурной турбины по взаимному согласию заинтересованных сторон.

Введен эквивалентный безразмерный коэффициент потерь рассматриваемого уплотнения K _I, который определяется по следующей формуле:

,

(F.1)

где - коэффициент потерь  =  постоянный для натурной и модельной турбины, как для обода, так и для ступицы;

- протечки через рассматриваемое уплотнение (обод или ступица);

- площадь зазора в поперечном сечении уплотнения;

- радиус рассматриваемого уплотнения;

- радиальный зазор уплотнения с переменными:

i - представляет 1, 2 или s;

j - число щелей/полостей или зазоров уплотнения и подстрочные индексы:

k - представляет кинетические потери;

f - потери на трение или величина каждого зазора уплотнения;

1 - представляет значения на входе в уплотнение;

2 - представляет значения на выходе из уплотнения;

s - представляет значение на промежуточной щели или полости.

Когда коэффициент потерь K _I рассчитывается по вышеприведенной формуле, коэффициенты потерь заданы в настоящем стандарте следующим образом (влияние масштаба на не учитывается):

(F.2)

На рисунке F.1 приведены типичные примеры конструкции уплотнения рабочего колеса со стороны ступицы, а на рисунке F.2 - со стороны обода.

Рисунок F.1 - Примеры типичной конструкции уплотнения рабочего колеса (сторона ступицы)

Рисунок F.2 - Примеры типичной конструкции уплотнения рабочего колеса (сторона обода)

Значение коэффициента потерь K дописывается формулой (F.1) и рассчитывается индивидуально для внешних и внутренних уплотнений на стороне ступицы рабочего колеса и на стороне обода соответственно. Затем полный коэффициент потерь K рассчитывают для всей машины по следующей формуле:

,

(F.3)

где - суммарный безразмерный коэффициент потерь по уплотнениям ступицы рабочего колеса;

- суммарный безразмерный коэффициент потерь по уплотнениям обода рабочего колеса;

K - характерный безразмерный коэффициент потерь для всей гидромашины.

Формула (F.3) получена в результате предположения, что дифференциальное давление по уплотнениям рабочего колеса на обеих сторонах (ступицы и обода) идентично. Формула не учитывает градиент давления в пространстве между рабочим колесом и стационарной частью, а также интервал потерь в разгрузочных отверстиях или балансировочных трубах.

Если значения дифференциального давления по уплотнениям рабочего колеса на обеих сторонах не идентичны, данная формула неприменима. В данном случае требуется детальный анализ.

F.2 Общая формула для расчета для геометрически различных уплотнений

Путем использования характерных коэффициентов потерь для турбины А и турбины В общая формула примет следующий вид (см. А.2.3):

(F.4)

где - характерный коэффициент потерь для турбины А;

- характерный коэффициент потерь для турбины В.

В приведенной выше формуле принята равной 0,99 в случае, если турбина А является модельной.

F.3 Оценка масштабного эффекта в случае с прямым геометрически подобным уплотнением

В случае с геометрически подобным уплотнением нормальной прямой конструкции следующая формула может быть записана:

.

Соответственно

.

Обычно для конструкции прямого щелевого уплотнения (/)  0,5...1,5 и (/)  0,5...1,5.

Если учитывается влияние масштаба , считается, что Re _B/Re _A  5...40 (является обычным в условиях модельных испытаний).

И это дает:

.

Поскольку кинетические потери не являются масштабируемыми, то  = .

Следовательно, в случае подобия прямого щелевого уплотнения, когда рассматривается влияние масштаба, подходит:

.

Поскольку (1 - )  0,01, для подобных прямых щелевых уплотнений может быть оценено следующим образом:

или

.

Это рассматривается как "0 %" в настоящем стандарте для упрощения.

F.4 Прямое уплотнение с геометрически различными радиальными зазорами

В качестве примера рассмотрим случай, когда радиусы уплотнения подобны, а радиальные зазоры не подобны. Тогда:

.

(F.5)

Выражение , появившееся в формуле (F.4), можно записать следующим образом:

.

(F.6)

С учетом формулы (F.5) отношения в квадратной скобке формулы (F.6) становятся одинаковыми, где числитель для модели и знаменатель для натурной турбины.

Тогда приведенная выше формула упрощенно выражается следующим образом:

.

(F.7)

Поэтому как для турбины, так и для насоса:

.

(F.8)

Следовательно, известно, что если зазор радиального уплотнения турбины В относительно меньше по сравнению с турбиной А, объемный КПД турбины В становится выше, чем у турбины А.