Результаты гидравлических модельных исследований.
Для каждой модификации эжектора при различных положениях иглы S и напорных режимах Нр и Нвс, в первую очередь, были построены эксплуатационные характеристики Qвых=f(Hвых) (рис. 50) и относительные расходные характеристики рабочего потока Q'p =f(S') (рис. 51).
Эксплуатационные характеристики представляют собой для перечисленных условий почти параллельные друг другу прямые линии с изломом в области кавитации; они хорошо сочетаются с подобными расчетными характеристиками. При сопоставлении опытных относительных расходных характеристик с расчетными выявилось некоторое расхождение (около 15%). кроме прочих причин, по-видимому, обусловленное и некоторыми отклонениями конструкции деталей эжектора от проектных (форма, размеры и шероховатость поверхности). Эксплуатационные характеристики для различных открытий сопла 5, сведенные в одну характеристику потребителя с указанными на ней различными значениями открытий сопла (рис. 52), свидетельствуют о том, что путем изменения открытия сопла можно осуществлять плавное регулирование выходного расхода Qвыx эжектора.
Результаты испытаний различных модификаций регулируемого эжектора.
Влияние изменения диаметра насадка DH. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных испытаний различных моделей сопел показывает, что с увеличением диаметра насадка (от 34 мм до 38 мм) повышается производительность эжектора Qвыx до 30% (рис. 53), наблюдается незначительное изменение КПД эжектора (около 2%) и снижение всасывающей способности эжектора (при S' ≈0,5; ∆q≈ 25%). Те же результаты были достигнуты при различных сочетаниях углов конусности иглы а и насадка γ. Опытные данные по всем показателям хорошо согласуются с расчетными. Это позволило при рабочем проектировании (при уточненном по техническому заданию максимальном расходе на выходе из эжектора 2000 м3/ч —1500 м3/ч) с большой долей гарантии принять диаметр насадка натурного сопла меньшим 75 мм (что соответствовало диаметру сопла на модели DH.м = 30 мм).
Влияние изменения углов конусности иглы а и насадка γ. Аналогичные конструкции сопел ковшовых гидротурбин, имеющих оптимальные утлы конусности иглы а ≈ 60° и насадка γ≈100°; выполняют несколько иные функции и создают сосредоточенную струю за счет большой степени сжатия свободной струи. Сопло регулируемого эжектора должно создавать более рассеянную струю рабочего потока, имеющего большую периферийную площадь всасывания и достаточно большие скорости потока на периферийной поверхности струи. Кроме того, для достижения минимальных гидравлических потерь и лучшей организации напорной струи площади сечений и скорости напорного потока между поверхностями иглы и насадка должны изменяться равномерно. Испытанию подверглись модификации эжекторов с различным сочетанием углов конусности иглы и насадка. По предварительным расчетам, оптимальными значениями были α=50:600 и γ=50:60°. Это убедительно подтвердили экспериментальные данные (рис. 54). Результаты испытаний показали, что такое сочетание углов конусности иглы и насадка сопла регулируемого эжектора не только обеспечивает наибольшую пропускную способность (т. е. наибольший расход рабочего потока Qp), но и наибольшую всасывающую способность (Qвс) и, кроме того, наилучшую плавность регулирования расхода.
Влияние изменения удаления среза насадка х от начала камеры смешивания. Величину относительного удаления среза насадка от начала камеры смешивания x/DH по своему влиянию на производительность эжектора можно подразделить как бы на два интервала 0,4-1 и 1 —3.
Эксперименты с регулируемым эжектором подтвердили, что при наименьшем удалении x/DH ≈ 0,4 эжектор имеет наибольшую производительность (QВЫХ), наибольший относительный расходный коэффициент q, коэффициент полезного действия и прочие параметры. При изменении удаления сопла от 0,4 до 1,0 все перечисленные показатели эжекторов уменьшаются в пределах точности измерения, т. е. незначительно. Зато при изменении удаления сопла от 1,0 до 3 (и более) наблюдается уже более ощутимое изменение (снижение) характеристик эжектора (рис. 55).
Влияние изменения диаметра камеры смешивания. Диаметр камеры смешивания влияет на эксплуатационную характеристику эжектора следующим образом: чем меньше диаметр камеры смешивания, тем круче эксплуатационная характеристика эжектора и раньше возникают кавитационные явления. Испытание модификаций модели регулируемого эжектора диаметром DK см = 64:72:80 мм подтвердили это (рис. 56). При незначительном колебании уровней бьефов обычно принимается наименьший диаметр камеры смешивания, обеспечивающий лучший КПД. Зато в условиях большого диапазона изменения напоров на ГЭС для регулируемого эжектора ТВС выбирается камера смешивания с несколько большим диаметром, чтобы обеспечить достаточный запас по кавитации (при всех режимах) и повышение плавности в регулировании выходного расхода.
Испытание нерегулируемого эжектора. Важный момент в гидравлических испытаниях регулируемого эжектора занимало сопоставление работы регулируемого эжектора оптимальной конструкции с работой эжектора с нерегулируемым соплом dc — 30,4 мм, в широком диапазоне режимов работы. Удовлетворительное совпадение результатов испытаний подтвердило правомерность принятых в методике расчета регулируемого эжектора допущений о том, что нерегулируемый и регулируемый эжекторы, имеющие равные расходы рабочего потока Qp. обладают и одинаковой всасывающей способностью (т. е. имеют и одинаковые расходы всасываемого потока QВС). В ходе исследований были сделаны следующие выводы:
- Главное в результатах исследований модели регулируемого эжектора — хорошее совпадение расчетных и опытных данных по основным характеристикам. Это позволило рекомендовать предложенную методику расчета регулируемого эжектора для дальнейшего практического использования.
- Исследования позволили уточнить расходную характеристику рабочего потока Q'p = f (S"), которая была получена на основе модельных испытаний и использовалась в последующих гидравлических расчетах регулируемого эжектора (см. гл. 2).
- Модельные испытания позволили уточнить рекомендации по проектированию некоторых нерасчетных конструктивных элементов регулируемого эжектора (α, γ, х).
- Установлена надежность работы регулируемого эжектора в широком диапазоне изменения напоров, плавность регулирования расхода на выходе из эжектора.
Исследование шумов и вибрации в эжекторе.
Шумовые и вибрационные характеристики эжектора представляют значительный интерес, так как обычно потери энергии в эжекторах велики. Для измерений шума была использована система: микрофон М-101, усилитель ПМЛ и частотный анализатор. В качестве шумомера использовался измеритель шума и вибрации ИШВ-1 с измерительным прибором ПИ-6, который по своим метрологическим параметрам и техническим характеристикам соответствует второму классу ГОСТ 17187-81 ’’Общие технические требования”. Динамический диапазон измерений составлял 30—130 дб.
Погрешность измерений звукового давления на частоте 1000 Гц составляла ±2,0дб.
Погрешность показаний ИШВ-1 при изменении температуры окружающей среды от 0 до 40 °C составляла ±1 дб, при изменении относительной влажности от 35 до 90% погрешность составляла ±1,0дб. Шум, создаваемый насосами на экспериментальной установке служил звуковым фоном с широкой полосой частот. Фоновый шум достигал 90 дб. Шумы при работающем эжекторе в основном превышали 100 дб (рис. 57). Наибольшее усиление шума наблюдалось при значительном понижении т. е. в режимах кавитации. Акустические измерения сопровождались и измерениями вибрации эжектора.
В результате измерений установлено, что максимум шумов по частоте находится в районе «максимальной чувствительности человеческого уха Между шумами и вибрацией не установлено никакой корреляции. Основной шум при работе эжектора возникает не как следствие вибрации конструкции, а как следствие истечения струи из пережатого отверстия насадка сопла и при переходе на кавитационные режимы эксплуатации. К росту шумов приводят уменьшение диаметра выходного отверстия сопла и уменьшение открытия иглы S'. Проведенные на модели исследования шумов подтверждают необходимость разработки специальных мероприятий по звуковой изоляции эжекторов. Эжекторы, видимо следует помещать в тех помещениях, которые посещаются эксплуатационным персоналом лишь периодически, а при посещении обязательно предусмотреть средства индивидуальной защиты от шума.
