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

насос ВД

Re: насос ВД

Сообщение ANP » 31 авг 2021, 21:14

И удивительное то, что эти же параметры подойдут для меньших диаметров рк и мощностей.
Как принято считать, что масштабирование всего принесет результат. Но увы, результат будет, но не тот...
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 » 02 сен 2021, 16:08

Продолжим про ступицы.

Уменьшение диаметра ступицы на входе позволяет либо снизить скорость потока перед РК и улучшить стартовые кавитационные характеристики, либо уменьшить диаметр РК при той же площади живого сечения. Со входом все просто.
А вот с диаметром ступицы на выходе все не так однозначно.

Первое ограничение, с которым можно столкнуться при слишком малом диаметре ступицы это то, что РК просто не сможет развить требуемого напора на корневом диаметре.
Еще раз приведу схему с треугольниками скоростей (там, кстати, была опечатка, я ее исправил красным)

23 испр.jpg
23 испр.jpg (17.86 KIB) Просмотров: 2182


Формула напора, развиваемого насосом:

Hт = U2*C2u/g

Напор пропорционален произведению переносной скорости U2 на проекцию выходной скорости потока С2 на ось решетки. Эта проекция отражает величину закрутки потока в решетке. Из этого, кстати, следует важный вывод о том, что напор может быть увеличен, как за счет увеличения частоты вращения, так и за счет увеличения закрутки потока.

Максимальная величина закрутки потока возникает при установке выходной кромки лопасти под углом beta2=90 градусов. В этом случае, проекция С2u равняется окружной скорости U2 и формула напора приобретает вид:

Hт = U2^2/g

Выразим U2 через обороты и диаметр ступицы и построим график максимально-достижимого напора в зависимости от оборотов и диаметра ступицы

U2 = пи*d*RPM/60

24.jpg
24.jpg (42.52 KIB) Просмотров: 2182


Красным обозначены два напора из предыдущих примеров – 25 и 56 метров для скоростей 54 и 80 км/ч, соответственно.

Видим, что для 54 км/ч ступица диаметром 100 мм сможет развить необходимый напор, начиная с 3000 об/мин, а ступица диаметром 60 мм лишь после 5000 об/мин
Для 80 км/ч ступица 100 мм сможет осилить потребный напор лишь после 4500

Думаю, что это нагляднее всего может объяснить, безо всяких коэффициентов быстроходности, почему с ростом скорости происходит переход от осевых РК к оседиагональным колесам.
Алексей Кузьмин
Аватар пользователя
Маламут
 
Сообщений: 68
Зарегистрирован: 24 мар 2018, 21:34
Откуда: Нижний Новгород

Re: насос ВД

Сообщение ANP » 02 сен 2021, 23:13

Да, все очень наглядно. Поэтому я просил Сталкера сделать эксклюзивный винт с большим диаметром ступицы на выходе. Он был против, утверждая, что металл "в помойку", но сделал. Винт так и лежит, поскольку на то время уже подоспел литой аналог. Испытаем. У меня есть еще один готовый винт для диаметра ф200мм со ступицей ф130мм на выходе. Это двухступенчатый винт на одной ступице, аналог гамильтоновского турбоимпеллера. Его можно пробовать с моторами 300 сил.
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 » 03 сен 2021, 15:57

Пока видим только плюсы от увеличенной на выходе ступицы. Пора рассмотреть минусы.

Чисто осевое РК насоса создает 2 составляющих полного напора. Первая составляющая – это статический напор, который создается за счет диффузорного характера течения в межлопастных каналах. Скорость потока относительно лопасти на входе W1 выше скорости на выходе W2.
Вторая составляющая - это динамический напор, который возникает за счет закрутки потока и увеличения его выходной скорости. Именно эта составляющая преобразуется в статический напор при раскрутке в СА.

В оседиагональном РК помимо этого происходит еще сужение живого сечения. Поток ускоряется, диффузорность межлопастных каналов уменьшается. По мере увеличения диаметра ступицы на выходе, доля динамического напора увеличивается, а статического снижается.
С одной стороны, в этом есть определенный плюс. Со снижением статического напора уменьшаются объемные потери, то есть потери через зазор между РК и обечайкой. Но это справедливо только в случае длинных ступиц с плавным изменением сечения. Если ступица короткая и сильно кривая, то ускорение потока будет происходить только у корневых сечений с большим перекосом поля скоростей. При этом, для внешнего диаметра все останется, как в осевом варианте, с большим статическим напором и большими объемными потерями.

С другой стороны, рост скоростей ведет к росту потерь от трения.

С третьей стороны, можно доувеличивать ступицу до того, что от статического напора ничего вообще не останется. А это прямой путь к кавитации на выходе лопастей и в СА, да и системе охлаждения нужен напор.
Если напора надо много, ступицу увеличили, а сечение при этом уменьшилось сверх меры, то единственный путь к спасению – увеличивать и наружный диаметр РК на выходе.
Что получили? Правильно, диагональное РК.

Иллюстрация к перекосу поля скоростей для разных типов РК

25.jpg
25.jpg (25.68 KIB) Просмотров: 2049
Алексей Кузьмин
Аватар пользователя
Маламут
 
Сообщений: 68
Зарегистрирован: 24 мар 2018, 21:34
Откуда: Нижний Новгород

Re: насос ВД

Сообщение Маламут » 15 сен 2021, 15:25

Продолжим про согласование корпуса судна с двигателем через параметры РК насоса.

Выше мы говорили, что изначально определяется буксировочная мощность, а по ней, через пропульсивный кпд, потребная мощность двс. Но одна и та же мощность может быть достигнута при разных оборотах и крутящем моменте.
Означает ли это, что если, например, мы насчитали, что нам хватит 90 лс, то мы можем поставить на свой выбор любой мотор, хоть ВАЗ, хоть ЗМЗ, хоть УМЗ? Ведь любой из них отдаст эти 90 лс.
Да, это так, если мы передаем момент через редуктор. Но нам ведь интересно подсоединить напрямую. Ведь именно в этом одно из немногих преимуществ водомета перед другими типами движителей.

Попробуем разобраться.
Скормим калькулятору 2 варианта корпусов. Вариант 1 водоизмещением 1200 кг и вариант 2 – 800 кг.
Построим графики буксировочного сопротивления, потребного расхода Q и напора H.

26.jpg


Кривые буксировочного сопротивления (черные), практически, повторяют друг друга, но смещены по значению.

Кривые потребного расхода Q (синие), также, повторяют друг друга по форме, но смещены по значению. Причем, если до скорости 50 км/ч идет резкое снижение потребного расхода, то дальше с ростом скорости расход изменяется незначительно.

Кривые потребного напора H (зеленые) идентичны для обоих вариантов и увеличиваются с ростом скорости.
Можно сделать вывод, что потребный расход это величина пропорциональная водоизмещению, хотя и существенно зависит от скорости, а напор величина пропорциональная скорости и не зависящая от водоизмещения.

Видим, что мощности 90 лс должно хватить для движения варианта 1 со скоростью 50 км/ч и варианта 2 – 70 км/ч.
Алексей Кузьмин
Аватар пользователя
Маламут
 
Сообщений: 68
Зарегистрирован: 24 мар 2018, 21:34
Откуда: Нижний Новгород

Re: насос ВД

Сообщение Маламут » 15 сен 2021, 16:14

Теперь попробуем посмотреть размеры РК.

Если раньше мы задавали скорость на входе в РК пропорционально скорости судна, то сейчас попробуем просто задать конкретную скорость. Например, 12 м/с. Скоростной напор 12 м/с соответствует 7 метрам статического напора, примерно. Оставшихся 2.6 метров от атмосферных 10 метров должно хватить для старта без кавитации на швартовых.

Для начала зададим ступичные отношения на входе и выходе по 0.5, как для чисто осевого РК.
Угол установки лопасти на наружном диаметре – 23 градуса. Это соответствует шаговому отношению 1.33. Напомню, что это минимальный угол установки для РК с высоким кпд. Поэтому, уменьшать его не будем.
Помимо графиков, будем численно контролировать результат для скорости 50 км/ч (корпус вариант 1) и 70 км/ч (вар. 2)

Для начала график диаметров РК

27.jpg


Видим, что графики диаметра РК повторяют графики потребного расхода Q. И это абсолютно логично, ведь мы зафиксировали скорость перед РК.

Из этого следует один очень важный вывод – труба одного диаметра подходит для диапазона скоростей от 50 до 100 км/ч. Но для каждого водоизмещения этот диаметр будет разный.

Для заданных условий у нас получились диаметры (наружный/ступица вход/выход)
вариант 1 – 213/106/106
вариант 2 – 153/76/76
Алексей Кузьмин
Аватар пользователя
Маламут
 
Сообщений: 68
Зарегистрирован: 24 мар 2018, 21:34
Откуда: Нижний Новгород

Re: насос ВД

Сообщение Маламут » 15 сен 2021, 17:21

Теперь посмотрим на обороты и крутящий момент

28.jpg


Комментарии будут позже. Пока просто смотрите, наслаждайтесь и анализируйте. Сплошные линии относятся к варианту 1, пунктирные к варианту 2. По цветам:
Обороты – синие линии
Крутящий момент – красные линии
Мощность - зеленые
Алексей Кузьмин
Аватар пользователя
Маламут
 
Сообщений: 68
Зарегистрирован: 24 мар 2018, 21:34
Откуда: Нижний Новгород

Re: насос ВД

Сообщение ANP » 15 сен 2021, 23:44

Леша, спасибо! Теоретически видно, что происходит. Для более конкретного случая можно рассмотреть отдельный график, который позволит увидеть, что произойдет с его катером, позволяя получить картину желаемого или отрицательного момента, который не даст сделать ошибку при выборе и заказе техники задолго до его оплаты.
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 » 17 сен 2021, 15:21

Итак, что же происходит с оборотами и крутящим моментом?

Сначала вернемся к потребному расходу. С расходом у нас происходят две вещи. С одной стороны, происходит резкое снижение потребного расхода с ростом скорости. Это происходит до скоростей 50 км/ч, примерно. При дальнейшем росте скорости потребный расход меняется незначительно.

С другой стороны, значение потребного расхода растет пропорционально водоизмещению. Таким образом, нет ничего странного в том, что, например, у легкой лодки со скоростью 30-40 км/ч потребный расход будет таким же, как и у более тяжелой лодки со скоростью 60 км/ч.

Мы задали скорость потока перед РК фиксированным значением (12 м/с), поэтому, квадрат диаметра РК будет пропорционален расходу. Соответственно, диаметр РК, пропорционален корню из расхода.
Обороты же, должны быть такими, чтобы обеспечить прокачку потребного расхода при заданном угле установки лопасти (шаговом отношении) и диаметре. Соответственно, обороты обратно пропорциональны диаметру РК и шаговому отношению. А если быть точнее, то нужно говорить не о шаговом отношении, а об угле установки лопасти на входящей кромке. Этот угол, в свою очередь, уменьшается с ростом скорости при неизменном шаговом отношении. А это, в свою очередь, происходит потому, что с ростом скорости РК насоса должно развивать больший напор и лопасть нужна более изогнутая. С ростом скорости угол на выходящей кромке увеличивается, ибо именно этот угол отвечает за напор насоса, а на входящей, наоборот, уменьшается, чтобы встать "по потоку". Поэтому, если диаметр РК после 50 км/ч, практически, не меняется, то обороты продолжают расти, но совсем немного.

Резюмируем про обороты.
С ростом скорости - обороты увеличиваются, но нелинейно, с замедлением.
С ростом водоизмещения – обороты уменьшаются.

Крутящий момент прямо пропорционален мощности и обратно пропорционален оборотам. Буксировочная мощность это произведение буксировочного сопротивления на скорость. Буксировочное сопротивление пропорционально водоизмещению и растет с ростом скорости. Потому, и мощность растет нелинейно, с ускорением. А обороты хоть и растут, но растут, наоборот, с замедлением.
Вот и получается, что крутящий момент у нас самая сильно изменяющаяся величина, причем растет от всего – и от водоизмещения, и от скорости.
Алексей Кузьмин
Аватар пользователя
Маламут
 
Сообщений: 68
Зарегистрирован: 24 мар 2018, 21:34
Откуда: Нижний Новгород

Re: насос ВД

Сообщение Маламут » 17 сен 2021, 15:31

Вернемся к нашим примерам.

Для тяжелой лодки #1 мы получили 216 Нм крутящего момента при 2820 об/мин. Моторы УМЗ 421-го семейства и ЗМЗ 406-го семейства не смогут отдать такого момента. Надо, что бы было не более 190 Нм.
Для легкой лодки #2 – 145 Нм при 4247 об/мин. Для моторов УМЗ и ЗМЗ это много по оборотам, для ВАЗ 21126 много по моменту. Надо бы не более 130.

Будем для обоих вариантов поднимать обороты и снижать крутящий момент. Сделать это можно следующими 4 способами:
-уменьшить угол установки лопасти (шаговое отношение)
- уменьшить диаметр РК. Для этого нужно или увеличить скорость потока перед РК, или уменьшить ступичное отношение на входе РК
- уменьшить сечение на выходе РК, то есть увеличить ступичное отношение на выходе

Уменьшать шаг не будем, мы и так выбрали минимальное значение.
Увеличение скорости потока перед РК позволить оставить чисто осевую конструкцию РК, но чревато снижением кавитационных характеристик.
Поэтому, пойдем по пути перекоса ступицы. Но сначала взглянем еще на один график. График углов установки лопасти на выходе на ступичном диаметре

29.jpg
29.jpg (90.15 KIB) Просмотров: 1674


Синие и зеленые линии – это углы установки лопасти на внешнем диаметре, на входящей и выходящей кромках, соответственно. Видно, как увеличивается закрутка лопасти с ростом скорости.
Красная линия – угол установки лопасти на выходящей кромке у ступицы.
Линии для обоих вариантов совпадают.
Для 50 км/ч диаметра ступицы на выходе достаточно, угол 76 градусов. А вот для 80 км/ч диаметра ступицы на выходе недостаточно для развития требуемого напора, угол больше 90 градусов.

Попробуем перекосить ступицы у обоих вариантов, но для варианта #1 уменьшим ступичное отношение на входе с 0.5 до 0.35, а для варианта #2 увеличим на выходе с 0.5 до 0.67.
Смотрим, что получилось. Сразу посмотрим на углы

30.jpg
30.jpg (94.15 KIB) Просмотров: 1674


Все нормалек для обоих вариантов стало.
А что там у нас со всеми остальными параметрами?

31.jpg


Смотрим, что изменилось. Было -> стало:

Вариант 1 (лодка 1300 кг, скорость 50 км/ч)
диаметр РК - 213 -> 197 мм (-)
диаметр ступицы на входе - 106 -> 69 мм (-)
диаметр ступицы на выходе - 106 -> 98 мм (-)
RPM - 2820 -> 3263 об/мин (+)
Мкр – 216 -> 187 Нм (-)

Вариант 2 (лодка 800 кг, скорость 70 км/ч)
диаметр РК - 153 -> 153 мм (без изменений)
диаметр ступицы на входе - 76 -> 76 мм (без изменений)
диаметр ступицы на выходе - 76 -> 102 мм (+)
RPM - 4247 -> 4801 об/мин (+)
Мкр – 145 -> 128 Нм (-)

Таким образом, удалось согласовать оба варианта по 90 лс с моторами. Тяжелую лодку с моторами УМЗ 421 или ЗМЗ 405-409, а легкую с мотором ВАЗ 21126. Удалось только лишь за счет перехода от осевого РК к оседиагональному. Причем, конусность ступицы получилась весьма умеренной.

В следующей части попробуем согласовать легкую лодку с мотором ЗМЗ, а тяжелую с ВАЗ.
Алексей Кузьмин
Аватар пользователя
Маламут
 
Сообщений: 68
Зарегистрирован: 24 мар 2018, 21:34
Откуда: Нижний Новгород

Пред.След.

Вернуться в Водометное оборудование

Кто сейчас на форуме

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 9


cron