ОСНОВНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ

Центробежные и осевые насосы. Принцип действия этих насосов одинаков и основан на силовом взаимодействии лопасти с обтекающим ее потоком жидкой среды, при этом в межлопастных каналах рабочего колеса посредством лопастей жидкость разгоняется и ее скорость увеличивается, а в отводе тормозится, преодолевая давление, действующее навстречу потоку жидкости. Однако следует учитывать, что в центробежном насосе (рис. 1. а) направление потока жидкости в области лопастей радиальное и вследствие действия центробежных сил вокруг оси вращения про­исходит понижение давления, благодаря чему обеспечивается по­стоянный приток жидкости из подводящего патрубка. В осевом насосе (рис. 1.6) жидкость движется в направлении, параллель­ном оси вращения колеса, при этом отсутствуют радиальные пе­ремещения потока и, следовательно, центробежные силы, действую­щие в направлении, перпендикулярном к движению потока жидкой среды, совершенно не играют роли в приращении энергии потока.

Рис. 1. Схемы лопастных насосов:

1— рабочее колесо; 2— отвод; 3— подвод, 4 — лопасть

Рассмотрим распределение скоростей жидкости в рабочем ко­лесе центробежного насоса (рис. 2). Поток жидкой среды пере­мещается внутри рабочего колеса по сложной траектории — резуль­тирующей двух относительных движений: окружного вращения потока вместе с колесом и перемещения потока жидкости от центра к периферии колеса по касательной к поверхности лопатки.

Различают абсолютную и относительную скорости движения жидкости в рабочем колесе центробежного насоса: относительную — скорость относительно рабочего колеса; абсолютную — скорость от­носительно корпуса насоса.

Абсолютная скорость v равна геометрической сумме скоростей жидкости:

v = w + u,

где w — относительная скорость жидкости; u — окружная скорость.

Рис. 2 Распределение скоростей жидкости в рабочем колесе центробежного насоса

а – вертикальный разрез рабочего колеса; б – разрез в лопастях; в – параллелограммы скоростей

Если рабочее колесо имеет бесконечно большое число бесконечно тонких лопастей, относительная скорость w направлена по касательной к поверхности лопасти в рассматриваемой точке.

Соответствующим подбором скоростей и геометрических раз­меров элементов проточной части достигают неразрывности потока жидкости при безударном режиме работы насоса с наибольшим к.п.д.

По основному уравнению лопастных насосов теоретический набор рабочего колеса с бесконечным числом лопастей можно представить как разность удельных энергий потока на входе и выходе из колеса:

В осевом насосе на любом радиусе сечения лопасти колеса ок­ружные скорости при входе частицы жидкости, движущейся па­раллельно оси насоса, на лопасть и при выходе с нее равны, т. е. u₁=u₂. В этом случае теоретический напор при бесконечно боль­шом числе лопастей

Вихревые насосы. В зависимости от конструктивного исполнения рабочего колеса вихревые насосы могут быть закрыто- или открытовихревыми, а также центробежно-вихревыми.

Центробежно-вихревой насос состоит из двух последовательно установленных рабочих колес (центробежного и вихревого), посаженных на общий вал.

Принцип действия этих насосов следующий (рис.3). В кольцевой полости 1, соединенной с подводящим и отводящим трубопроводами, жидкость увлекается в круговое движение благодаря интенсивной передаче импульса ее частиц, движущихся в межлопаточных ячейках рабочего колеса 2, потоку жидкости в примыкающем к нему канале. Вследствие неуравновешенности центробежных сил, действующих на частицы жидкости в межлопаточных ячейках колеса и боковых каналах на периферии колеса (сечение Б-Б), возникают продольные вихри 3, на которые накладываются вихри 4, формирующиеся за лопастями. Траектории частиц образуют винтовые линии. Поступая в рабочее колесо, жидкость «разгоняется», а выходя в боковой канал – «тормозится» в результате действия перепада давления.

Рис. 3 Схема вихревых насосов:

а – закрытовихревого; б - открытовихревого

Одна из отличительных особенностей вихревых насосов – при небольших подачах (до 50 м³,ч) создаваемые этими насосами напоры при одинаковых диаметрах рабочего колеса и частоте вращения вала в 2—5 раз выше напоров, развиваемых центробежными насо­сами.

Развиваемый напор можно определить по формуле:

,

где К_н – коэффициент напора, зависящий от коэффициента быстроходности насоса n_s;

u – окружная скорость колеса на радиусе центра тяжести сечения канала; g – ускорение падения.

В табл. 1 приведены данные коэффициента n_s

Таблица 1

Подачу насоса можно определить по формуле

Q = CuF,

где С — численный коэффициент (для открытовихревых насосов С=0,55—0,65; для закрытовихревых насосов С=0,5—0,6; и — ок­ружная скорость рабочего колеса; F — площадь поперечного сечения канала.

Характерная особенность вихревых насосов по сравнению с центробежными заключается в том, что потребляемая мощность -уменьшается с увеличением подачи, так как при постоянной частоте вращения рабочего колеса внутренние потери энергии, связанные с передачей ее от рабочего колеса потоку в отводе, тем больше, чем меньше подача насоса.

Объемные потери мощности в вихревом насосе обусловлены перетеканием жидкости через зазоры разделителя потока и кром­ками лопастей рабочего колеса из области отвода в область под­водаи достигают 20 % энергии, подводимой к валу насоса, а гид­равлические потери энергии — силами трения и вихреобразованием припоступательном и циркуляционном движениях жидкости в кри­волинейном отводе и составляют до 30 % энергии, подводимой к валу насоса.

Коэффициент полезного действия таких насосов, учитывающий потери, даже при наиболее благоприятных режимах при больших подачах не превышает 0,5.