andrionov@gmx.de
jetboat.pro motor-bolotokhod.ru

насос ВД

Re: насос ВД

Сообщение ANP » 19 сен 2021, 00:02

Всегда говорил про крутящий момент. Это основное, что позволяет развить необходимый напор. Леша, будь добр, проверь пожалуйста мои исходники в вд ф170мм с мотором 180Нм в разных весовых категориях.
Литье металлов на заказ. Прототипы и серийные. ЧПУ обработка и изготовление прессформ. +79877522115
Аватар пользователя
ANP
 
Сообщений: 1490
Зарегистрирован: 26 янв 2010, 20:25
Откуда: Нижний Новгород

Re: насос ВД

Сообщение Маламут » 23 сен 2021, 11:44

Попробовал согласовать тяжелый вариант с мотором ВАЗ и ничего у меня не получилось.
То площадь сечения на выходе РК становилась меньше площади сопла, то скорость перед РК становилась больше скорости струи.

Стало понятно, что нужно изменить способ задания параметров – скорости перед РК и размеров ступицы. Доработал калькулятор.
Теперь скорость перед РК задается по 2 параметрам – относительной скорости V1/V0 и по максимально допустимой. Выбирается меньшее из значений.

Размер ступицы задается, как и прежде, на входе и выходе, но не в долях диаметра РК, а следующим образом:
- на входе абсолютным размером в миллиметрах
-на выходе в виде относительной величины, показывающей, какая доля прироста осевой скорости происходит в пределах РК. Поясню. В пределах ВД у нас происходит разгон потока от скорости на входе в РК до скорости струи. Этот разгон может происходить, как вариант, лишь только в сопле, или распределено по тракту ВД, то есть и в пределах РК и СА, также.
Введенный коэффициент задает какая часть разгона потока должна произойти в пределах РК. Например, если перед РК у нас скорость 10 м/с, а скорость струи 15 м/с, то поток должен увеличить свою скорость на 5 м/с в пределах тракта движителя.
Если мы зададим коэфф. 0, то это будет означать, что у нас чисто осевой вариант и осевого разгона в пределах РК не происходит. Если зададим 0.5, то это значит, что половина разгона произойдет в РК и скорость на выходе РК будет 0.5*(15-10)+10 = 12.5 м/с.
Если зададим 1, то весь разгон произойдет в РК и площадь выходного сечения РК сравняется с площадью сопла. Но так делать нельзя, потому, что у нас еще есть скоростной напор закрутки потока, который после раскрутки в СА должен дать прирост скоростного напора на сопле.
Поэтому, этот коэффициент разгона в РК нужно задавать в пределах 0-0.8, не более. Также, необходимо помнить о статическом напоре, необходимом нам для системы охлаждения, ведь с увеличением коэффициента разгона будет снижаться величина статического напора на выходе РК. Или нужно делать полнонапорный отбор потока для системы охлаждения.

Попробуем посмотреть, что у нас получится с такими нововведениями. Варианты лодок оставим те же.
Для начала, зададим скорость перед РК без ограничения по максимальному значению величиной 0.9 от скорости лодки.
Диаметр ступицы на входе зададим 60 мм для обоих вариантов.
Коэфф. разгона в РК зададим 0.5
Остальные параметры без изменений. Смотрим, что получилось.
32.jpg


Что изменилось по сравнению с предыдущим методом расчета?
Мы зафиксировали относительную скорость перед РК, прирост скорости в РК и шаговое отношение, то есть, правильно задали условия подобия для разных режимов. В результате, мы видим, что кривая крутящего момента пропорционально повторяет кривую расхода, а кривая оборотов пропорциональна скорости.

Посмотрим, что у нас с избыточным статическим напором происходит
33.jpg


Синие линии – избыточный (относительно атмосферного) статический напор перед РК.
Как видим, здесь глухой минус. И тем минусовее, чем выше скорость.
Зеленые линии – статика после РК. Чем она больше, тем больше объемные потери напора через зазор между РК и обечайкой. Но, с другой стороны, тем легче прокачать систему охлаждения. Какой здесь оптимум, хз. Предположим, что 15-20 метров будет хорошим компромиссом.
Красные линии - это, то значение статического напора, которое может быть после раскрутки потока в СА. Конечно, это только в том случае, если в СА сечение не меняется и скоростной напор закрутки потока преобразуется в статику.
Алексей Кузьмин
Аватар пользователя
Маламут
 
Сообщений: 68
Зарегистрирован: 24 мар 2018, 21:34
Откуда: Нижний Новгород

Re: насос ВД

Сообщение Маламут » 23 сен 2021, 11:53

Что там у нас с нашими вариантами получилось?
Вариант 1
диаметр РК – 190 мм
диаметр ступицы на выходе – 108 мм
обороты – 3716
крутящий момент – 164 Нм
избыточный статический напор на выходе РК – 11.6 м

Вариант 2
диаметр РК – 125 мм
диаметр ступицы на выходе – 81 мм
обороты – 7923
крутящий момент – 78 Нм
избыточный статический напор на выходе РК – 22.7 м

Что и как хотим поменять?
Для обоих вариантов надо согласовать с мотором по крутящему моменту и оборотам. Надо поднять крутящий момент вар. 1 до 190 Нм (УМЗ, ЗМЗ), вар. 2 до 130 Нм (ВАЗ). Обороты снизятся сами.
По возможности, поднять статический напор после РК до 15-20 м для вар.1 и снизить для вар. 2

Чем будем менять
Скорость перед РК вар. 1 трогать не будем, 190 мм нормальный калибр для такой лодки, сильно хрюкать на старте не должен. А вот 125 мм для вар. 2 выглядят маловато. Ограничим скорость перед РК 12.5 м/с. В результате увеличится диаметр РК, снизятся обороты
Будем менять разгон потока в РК – для вар. 1 в сторону уменьшения, должен увеличиться крутящий момент и подняться стат. напор. Но надо следить за углом установки лопасти на выходе у ступицы. 90 градусов максимум. Для вар. 2, наоборот, будем разгонять поток, чтобы снизить стат. напор после РК.

Окончательную подгонку по моменту будем производить углом установки лопасти (шаговым отношением). Если удастся его увеличить, то это гуд, ведь, заданные нами ранее 23 градуса – это минимум.

34.jpg


Видим, что как только начинается ограничение по скорости перед РК, то рост оборотов с ростом скорости замедляется. Причем, это замедление тем больше, чем меньше осевой разгон потока в РК.
Что изменили, и на что это повлияло: было -> стало
Вариант 1
изменили:
-шаговое отношение 1.33 -> 1.46 (+)
-прирост скорости в РК 0.5 -> 0.3 (-)
изменилось:
-диаметр ступицы на выходе РК 108 -> 95 мм (-)
-обороты 3716 -> 3265 об/мин (-)
-крутящий момент 164 -> 187 Нм (+)
-избыточный статический напор на выходе РК 11.6 -> 13.8 м (+)

Вариант 1
изменили:
-ограничили скорость перед РК до 12.5 м/с
-шаговое отношение 1.33 -> 1.89 (+)
-прирост скорости в РК 0.5 -> 0.7 (+)
изменилось:
-диаметр РК 125 -> 143 мм (+)
-диаметр ступицы на выходе РК 81 -> 108 мм (+)
-обороты 7923 -> 4801 об/мин (-)
-крутящий момент 78 -> 128 Нм (+)
-избыточный статический напор на выходе РК 22.7 -> 17.5 м (+)

Моторы согласовали, посмотрим, что с напором перед РК стало

35.jpg


Скорость 50 км/ч это граница, до которой действовало правило скорость перед РК = 0.9 скорости лодки. Дальше скорость перед РК зафиксирована на уровне 12.5 м/с.
Если до 50 км/ч перед РК был минус, идущий глубже с ростом скорости, то после он начинает "плюсеть". Для лодки вар. 1 на скорости 50 км/ч будет минус, а для лодки вар. 2 на скорости 70 км/ч будет, аж, цельных 5.5 метров плюса.
Алексей Кузьмин
Аватар пользователя
Маламут
 
Сообщений: 68
Зарегистрирован: 24 мар 2018, 21:34
Откуда: Нижний Новгород

Re: насос ВД

Сообщение Маламут » 23 сен 2021, 13:31

Теперь обратное согласование – тяжелую лодку с мотором ВАЗ, легкую с УМЗ.
Что пришлось сделать
Вариант 1
Нужно поднять обороты и снизить крутящий момент. Шаги для этого:
1 – немного уменьшить диаметр РК. Увеличим скорость потока перед РК с 0.9 до 1.0. Ухудшатся стартовые кавитационные характеристики, но не фатально. Диаметр уменьшился с 190 до 182 мм.
2 – максимально "раздуем ступицу". Установим коэфф. разгона 0.8. Побочный эффект – статический напор после РК снизился до 7 метров.
3- для окончательной "доводки" пришлось уменьшить угол установки лопасти с 23 до 21 градуса (шаговое отношение с 1.33 до 1.21)

Вариант 2
Все наоборот, нужно снизить обороты и поднять крутящий момент. Шаги для этого, соответственно, противоположные:
1 – увеличить диаметр РК. Для этого ограничим скорость потока перед РК до 8 м/с. Диаметр увеличился со 143 до 173 мм. Стартовые характеристики улучшатся, но увеличатся габариты и масса ВД
2 – ступицу тоже надо "раздувать", потому, что со снижением числа оборотов не будет развиваться необходимый напор на малом диаметре. Диаметр увеличился со 108 до 136 мм. Разгон потока 0.5
3- угол установки увеличим с 23 до 30 градусов (шаговое отношение увеличилось до 1.81)

36.jpg


В принципе, получилось, но для тяжелой лодки ценой некоторого ухудшения стартовых характеристик и снижения кпд РК, а для легкой – ценой увеличением габаритов и массы двигательно-движительного комплекса.
Алексей Кузьмин
Аватар пользователя
Маламут
 
Сообщений: 68
Зарегистрирован: 24 мар 2018, 21:34
Откуда: Нижний Новгород

Re: насос ВД

Сообщение Маламут » 23 сен 2021, 16:38

Пора подводить итоги всему вышесказанному и выше проиллюстрированному.

Основные тезисы следующие:
- по заданным буксировочному сопротивлению и скорости можно определить расход Q и напор H насоса ВД, диаметр сопла и потребную мощность двигателя. Расход пропорционален водоизмещению судна, напор – скорости. В диапазоне скоростей от 0 до 3.5 числа Фруда по водоизмещению идет существенное снижение потребного расхода с ростом скорости. С дальнейшим ростом скорости расход меняется незначительно.
- мощность является первичной величиной, при этом, крутящий момент пропорционален расходу, а обороты скорости судна
-насос ВД является своеобразным редуктором, который позволяет изменять соотношение крутящего момента и оборотов в достаточно широких пределах за счет изменения геометрических параметров рабочего колеса – диаметра РК, диаметра ступицы на входе и выходе и угла установки лопастей (шагового отношения)
- есть ряд параметров, ограничивающих пределы изменения геометрии РК и, соответственно, ограничивающие возможный диапазон регулировки. То есть, если, например, оптимальным является двигатель с оборотами 2500 об/мин, то, скорее всего, нам удастся за счет геометрии РК применить двигатели с 2000 или 3000 об/мин. А вот двигатель 8000 об/мин той же мощности получится согласовать только через дополнительный редуктор.

Параметрами, ограничивающими геометрию насоса, являются:
- скорость потока перед РК. Оптимально 0.9 – 1.0 от скорости судна (для минимизации потерь на подвод потока к РК), но не более 10-12 м/с (для снижения риска кавитации и обеспечения хороших стартовых характеристик). Это ограничение, практически, определяет диаметр РК.
- угол установки лопасти (шаговое отношение). Идеальный угол установки 43 градуса на среднем диаметре (шо 2.93). Высокий кпд РК остается в диапазоне углов установки от 23-63 градуса. Соответственно, 23 градуса (шо 1.33) это минимальный угол установки лопасти на внешнем диаметре для РК с высоким кпд.
-угол на выходящей кромке РК не должен превышать 90 градусов. Это накладывает ограничения на диаметр ступицы. Ступица с малым диаметром может просто не развить требуемого напора, особенно при высоких скоростях и низких частотах вращения.
- конусная ступица является мощным инструментом регулирования параметров РК. Конусность определяет разгон потока в пределах РК. Увеличение конусности снижает потребный крутящий момент и увеличивает обороты. То есть, дает возможность поставить более легкий, но высокооборотистый мотор. Но, увеличение конусности ступицы ведет к увеличению закрутки лопасти от входа к выходу и к перекосу поля скоростей. Это усложняет расчет лопастной системы РК и может сделать невозможным его изготовление "на горке". Поэтому, лучше начинать согласование с осевого варианта или варианта с умеренно конусной ступицей. Коэффициент разгона потока в пределах РК на уровне 0.5 выглядит хорошим вариантом.

На этом пока все.
Алексей Кузьмин
Аватар пользователя
Маламут
 
Сообщений: 68
Зарегистрирован: 24 мар 2018, 21:34
Откуда: Нижний Новгород

Re: насос ВД

Сообщение Маламут » 25 сен 2021, 11:52

Вот ещё игрушка, в которой все моделировалось.

Ввод исходных данных - желтые поля и голубые (константы)
Результат расчетов - графики (для всего диапазона скоростей) и зеленые поля (для конкретно заданной скорости)
Вложения
JetCalcTwinLite v1.0.xlsx
(1.15 MIB) Скачиваний: 182
Алексей Кузьмин
Аватар пользователя
Маламут
 
Сообщений: 68
Зарегистрирован: 24 мар 2018, 21:34
Откуда: Нижний Новгород

Re: насос ВД

Сообщение ANP » 25 сен 2021, 15:44

Алексей, спасибо! Надеюсь читателям было понятно, чтобы правильно воспринимать данные калькулятора и сравнивать со своими практическими результатами.
Литье металлов на заказ. Прототипы и серийные. ЧПУ обработка и изготовление прессформ. +79877522115
Аватар пользователя
ANP
 
Сообщений: 1490
Зарегистрирован: 26 янв 2010, 20:25
Откуда: Нижний Новгород

Пред.

Вернуться в Водометное оборудование

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 6