Малогабаритна вихорева турбіна як привід гідродинамічного очисника в’язких рідин (стр. 4 из 5)
Для врахування впливу соплового апарата на роботу ВТ були отримані наступні вирази:
– сила тиску струменя рідини на лопатку РК:
, (21)де
– діаметр вихідного перерізу сопла; s – відстань від зрізу сопла до точки, яка лежить на середині висоти лопатки РК; aс – кут розміщення сопла. 
Рис. 7 – Структура втрат енергії у ВТ: hрп – теоретичний ККД робочого процесу ВТ; hвт – справжнє значення ККД ВТ; 1 – зниження ККД, обумовлене впливом кінцевої кількості лопаток; 2 – зниження ККД, обумовлене гідравлічними втратами; 3 – зниження ККД, обумовлене об'ємними втратами; 4 – зниження ККД, обумовлене механічними втратами.
– момент та корисна потужність, які виникають на РК:
; (22) 
. (23)У третьому розділі надані результати експериментальних досліджень малогабаритної ВТ з бічним розташуванням каналу.
Була спроектована та виготовлена експериментальна модель ВТ з бічним каналом круглого перерізу (рис. 8), виготовлений стенд для її дослідження.
Були побудовані швидкісні і механічні характеристики ВТ, а також в’язкісно-швидкісні залежності.
Після узагальнення і аналізу результатів експерименту були визначені найбільш раціональні геометричні параметри ВТ з сопловим апаратом. У табл. 1 надані геометричні параметри ВТ з сопловим апаратом, які забезпечують найбільш високі енергетичні показники її роботи, а також указана верхня межа значення кінематичної в'язкості РР, до величини якої доцільно експлуатувати ВТ.
При в'язкості РР n = 16,9 мм2/с, для зазначених у табл. 1 параметрів, величина максимального ККД турбіни склала hmax = 15¸18%.
Таблиця 1. Геометричні параметри вихоревої турбіни з сопловим апаратом
 |  | aс, град |  | nmax. доп, мм2/с |
| 0,95¸1,15 | 0,50¸0,89 | 40¸45 | £ 0,5 | £ 20¸25 |
де
– відносна відстань від вихідного перерізу сопла до площини, яка проведена через кромки лопаток РК; 
–відносна площа вихідного перерізу сопла; Fк– площа меридіонального перерізу РК.Експериментальні дослідження підтвердили достовірність науково-методичних результатів, отриманих у ході теоретичних досліджень ВТ. При цьому був вивчений вплив геометричних і динамічних параметрів та їх співвідношень на ефективність роботи ВТ з бічним розташуванням каналу круглого перерізу.
Четвертий розділ присвячений розробці методики розрахунку параметрів гідравлічного приводу вихоревого типу та роторного гідродинамічного очисника.
Використовуючи розроблену методику, були розраховані механічні характеристики гідравлічного приводу на базі ВТ та побудована його універсальна характеристика (рис. 9).
Для порівняння результатів експериментальних і теоретичних досліджень були побудовані моментні характеристики приводу та очисника, які зображені на рис. 10. Перетинання характеристик приводу з характеристикою очисника дозволило визначити справжню швидкість обертання фільтроелемента. Відносна похибка визначення кутової швидкості обертання фільтроелемента очисника теоретичним та експериментальним способами склала не більш 20–25%.
Рис. 9 – Універсальна характеристика приводу вихоревого типу
Рис. 10 – Графік
Висновки
1. Виконаний аналіз існуючих конструкцій вихоревих машин підтвердив, що найбільш раціональною як привід роторного гідродинамічного очисника є малогабаритна ВТ, яка має РК закритого типу з бічним розташуванням каналу круглого перерізу та плоскими радіальними лопатками. Отриманий привод компактний, простий у виготовленні, має відносно низьку вартість і достатній для роботи ККД.
2. Використання теорії турбулентних струменів дозволило зробити удосконалення теорії робочого процесу ВТ з бічним каналом, яка визначає процес перетворення гідравлічної енергії РР у механічну, котра знімається з вихідного вала турбіни. Крутний момент, який утворюється при цьому на РК, умовно поділений на дві складові: активний і реактивний моменти, що надалі забезпечило можливість створення розрахункової схеми ВТ.
3. Розроблена модель течії рідини у каналі ВТ надала такі можливості: більш детально розглянути процес утворення поперечних вихрів у міжлопатковому просторі РК, вивчити їхній вплив на роботу ВТ; визначити основні параметри циркуляційної зони (повна довжина циркуляційної зони, довжина першої ділянки, положення лінії нульових значень подовжньої швидкості, розподіл швидкостей та інше); теоретичним шляхом визначити раціональний крок розміщення лопаток на РК. Отримані результати можуть бути використані при проектуванні ВТ, а також у галузі насособудування та компресоробудування.
4. Для малогабаритної ВТ з бічним каналом отримані теоретичні залежності, які описують силову взаємодію потоку РР з лопатками РК. Їхнє використання дозволило створити розрахункову схему по визначенню вихідних параметрів ВТ з урахуванням гідравлічних, механічних та об'ємних втрат, а також врахувати вплив соплового апарата на роботу ВТ.
5. Розроблена інженерна методика розрахунку параметрів роторного гідродинамічного очисника з гідравлічним приводом вихоревого типу дозволяє ефективно виконувати увесь цикл проектування (починаючи з визначення геометричних розмірів ВТ і закінчуючи визначенням вихідних параметрів очисника). На основі аналізу експериментальних даних отримані практичні рекомендації, які можуть бути використані при проектуванні ВТ з сопловим апаратом. Вони подані у вигляді діапазону зміни основних геометричних параметрів ВТ і соплового апарата. Визначено верхню межу значення кінематичної в'язкості РР, до якої доцільно експлуатувати ВТ.
6. Проведені експериментальні дослідження роботи гідравлічного приводу вихоревого типу у якості рушія фільтроелемента гідродинамічного очисника підтвердили правильність отриманих науково-методичних результатів. Відносна похибка між теоретичними та експериментальними визначеннями частоти обертання фільтроелемента очисника склала не більш 20–25%.
Список опублікованих праць з теми дисертації
1. Чебан В.Г. О возможности использования вихревых движителей в роторных гидродинамических фильтрах // Сборник научных трудов ДГМИ. –Алчевск: ДГМИ, выпуск 11, 2000. – С. 32–35.
2. Чебан В.Г. Рабочий процесс вихревой турбины // Сборник научных трудов ДГМИ. –Алчевск: ДГМИ, выпуск 12, 2000. – С. 92–97.
3. Чебан В.Г. Влияние поперечных вихрей на работу вихревой турбины // Вісник Сумського державного університету. Серія: Технічні науки (Машинобудування), №9 (30) – 10 (31).-Суми: Вид-цтво СумДУ, 2001.-С. 195–201.
4. Финкельштейн З.Л., Чебан В.Г. Пути совершенствования проектирования вихревых турбин // Технологии в машиностроении: Вестник НТУ «ХПИ». Сборник научных трудов. Выпуск 129, Ч. 1. –Харьков: НТУ «ХПИ», 2001. – С. 105–112.
5. Чебан В.Г. Перспективы использования вихревой турбины и ее основных теоретических положений в горной промышленности // Сборник научных трудов, посвященный 45-летию ДГМИ, «Перспективы развития угольной промышленности в XXI веке».-Алчевск: ДГМИ, 2002.-С. 256–261.
6. Деклар. пат. 50923 А Україна, МКИ F 04 D 5/00. Вихорева турбіна / В.Г. Чебан. – №2001053611; Заявл. 29.05.2001; Опубл. 15.11.2002. Бюл. №11. – 2 с.
Анотація
Чебан В.Г. Малогабаритна вихорева турбіна як привід гідродинамічного очисника в’язких рідин. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.05.17 – «Гідравлічні машини та гідропневмоагрегати». – Сумський державний університет, Суми, 2004.
Дисертація присвячена питанню створення гідравлічного приводу вихоревого типу для роторного гідродинамічного очисника, який працює у вибухо-вогненебезпечних середовищах та в умовах стиснутого простору. Як привід гідродинамічного очисника вихорева турбіна застосована вперше. Відмітними рисами цієї вихоревої турбіни є: по-перше, малі розміри проточної частини; по-друге, робота на в’язких робочих рідинах.
Теоретичні дослідження довели, що велику роль у робочому процесі вихоревої турбіни мають поперечні вихри. Для визначення причини утворення поперечного вихору та його параметрів розроблена модель течії рідини в поперечній площині каналу вихоревої турбіни. Отримано вираз для визначення раціональної відстані між лопатками на робочому колесі. Побудовано розрахункову схему визначення основних енергетичних характеристик вихоревої турбіни. Визначено структуру втрат енергії. Отримано вираз для визначення впливу соплового апарата на роботу вихоревої турбіни.
Експериментальні дослідження підтвердили достовірність науково-методичних результатів і дозволили розробити практичні рекомендації з проектування вихоревих турбін.