3. Способ действия и кинематика потока среды в центробежном насосе.
Передача энергии потоку жидкости в центробежном насосе осуществляется рабочим колесом, образованным чаще всего двумя дисками (основным и передним) с размещенными между ними лопастями. Во время работы насоса жидкость из всасывающего трубопровода двигаясь по оси вращения РК после осесимметричного поворота но 900 растекается в межлопастное пространство (МЛП) между дисками вращающегося РК. Под действием центробежных сил частицы жидкости увеличивают свою энергию и перемещаются по межлопастным каналам к периферии РК. Вытекая из выходного сечения РК в плоскости, перпендикулярной оси вращения, поток жидкости поступает в отвод, направляющий жидкость в напорный трубопровод (см. рис. 1.4, 2.1).
Сложное движение каждой частицы в каждой точке (МЛП) складывается из переносного (вместе с вращающимся РК) и относительного (вдоль оси канала , образованного внутренними поверхностями дисков и лопастей). В теории насосов скорость переносного движения (окружная) обозначается U, а относительного движения вдоль оси канала - W. Величина окружной скорости U определяется произведением текущего радиуса R на угловую скорость вращения ω: U = Rω, а относительной - частным от деления объемного расхода через РК – Qрк на сумму площадей проходного сечения РК, перпендикулярных к осям межлопастных каналов. Таким образом, величина U непрерывно возрастает по ходу течения жидкости через РК, а W может либо увеличиваться, либо уменьшаться в зависимости от профилирования по радиусу расстояния между дисками, а также в зависимости от угла наклона лопасти или профилирования толщины лопастей по ходу течения. Необходимо отметить, что Qрк > Q из-за наличия обратных перетечек жидкости с выхода из РК на вход через необходимые зазоры между РК и корпусом насоса - q (см. рис.2.1).
Рассмотрим подробнее кинематику течения в РК центробежного насоса согласно схеме на рис. 3.1.
На осевом сечении центробежного насоса обозначены:
1 - основной диск РК, 2 - передний (покрывной) диск РК, 3 - входная кромка лопасти, 4 - выходная кромка лопасти, 5 - осевой подвод, 6 - спиральный отвод, 7-вал РК, 8 - уплотнение вала в корпусе насоса, D0-диаметр входа в рабочее колесо, D1, R1- диаметр и радиус расположения входных кромок лопастей РК (входа в МЛП), D2, R2 – наружный диаметр и радиус РК.
b2
А -А
С2
W2
А
U2
Q
β2
β1
W1
R1
R2
ω
U1
С1
А
D0
D1
D2
2
6
4
5
7
8
Qрк
q
b1
dВТ
СМ0
1
Ось Х
С0
3
Рис. 3.1.
В сечении РК А-А представлены векторы скоростей U и W на входе (индекс 1) и выходе (индекс 2) из межлопастных каналов, а также соответствующие векторы абсолютных скоростей потока – С1,2. Последние являются геометрическими суммами слагаемых U1,2 и W1,2.
Параллелограмм (треугольник) скоростей на входе построен по:
- известному по направлению, зависящему от размеров РК и угловой скорости вращения вала величине окружной скорости:
U1= R1ω, (3.1)
- известному по направлению ( в данном примере оно радиальное) и величине вектору абсолютной скорости С1. Величина этой скорости определяется из уравнения неразрывности потока жидкости:
С1 = Qрк /2π R1 b1 , (3.2)
где: b1 – ширина МЛП на входе в РК.
Необходимо отметить, что при вычислении скорости С1 необходимо кроме знания величины Qрк (т.е. Q + q, см. рис. 3.1), учесть загромождение входа лопастями с конечной толщиной. Определить С1 приближенно можно без учета этого обстоятельства. В общем случае направление вектора С1 может отличаться от радиального. В центробежных машинах закрутка потока производится установкой перед входом в РК специальных лопастных аппаратов, служащих для регулирования напора насоса.
Направление вектора W1, определенное из параллелограмма (треугольника) скоростей, (угол входа - β1) должно быть касательным к поверхности лопастей, т.е. равным реальному углу наклона лопасти к касательной окружности радиуса R1 - β1Л.
Именно такой угол обеспечивает безударный вход потока жидкости в межлопастные каналы.
Очевидно, что угол β1 всегда острый.
Построение параллелограмма скоростей на выходе из МЛП РК производится по:
известной по величине и направлению окружной скорости:
U2= R2 ω, (3.3)
- известной величине радиальной составляющей абсолютной скорости потока на выходе из РК при ширине b2:
С2r = Qрк/2π R2 b2 . (3.4)
- принятому значению лопастного угла β2..
В принципе этот угол может быть любым в пределах 900 <β2<900. Его выбирают исходя из требований к регулировочным характеристикам насоса. В центробежных насосах угол обычно β2<900 (лопасти, загнутые назад), центробежные вентиляторы часто выполняют с лопастями , загнутыми вперед, т. . при β2>900.
На рис. 3.2 а, б, в, г параллелограммы скоростей на входе и выходе представлены более подробно для различных углов β2. Известные или произвольно задаваемые векторы выделены жирным шрифтом. ( стрелки или черточки над буквами, обозначающие векторные величины, опущены). Дополнительно обозначены проекции вектора абсолютной скорости С2u и С2r и соответствующие углы α1 и α2.
α2
β2<900
β1
С2u
U2
U1
С1=
С1r
α1=900
С2
W1
С2r
W2
б
а
С2r
, W2
С2r
β2>900
α2
α2
U2=
С2u
U2
С2u
β2=900
Рис. 3.2.