Работа отводящих устройств.

Устройства отводящие жидкость от рабочего колеса чаще всего состоят из спирального отвода и конического диффузора (напорный патрубок) см. рис.

1. Спиральный отвод

2. Рабочее колесо

3. «язык» (зазор очень мал 3-5% D₂)

4. Конический диффузор (выходной патрубок)

5. конический конфузор (входной патрубок).

Наиболее распространенный профиль поперечного сечения спирального отвода показан на рис. Площадь его поперечного сечения нарастает пропорционально углу разворота спирали. Скорость потока при этом по всей длине спирального отвода остается постоянной и не зависит от подачи насоса. Ее величина равна . При работе насоса в оптимальном режиме с подачей ( - подача при максимальном КПД насоса) точка разветвления потока находится на острие языка отвода. При точка разветвления потока находится под языком, что вызывает дополнительное течение жидкости в напорный патрубок между колесом и языком. При часть потока вблизи языка идет обратно в колесо. Это приводит к появлению вибраций, дополнительным гидравлическим потерям, неравномерности давления по окружности, повышенным радиальным нагрузкам на колесо и повышенному износу подшипников и других деталей насоса. Поэтому лучше всего использовать насос в оптимальном режиме (Q_opt), т.е, при максимальном КПД насоса (_оpt). Далее в коническом диффузоре (выходном патрубке) кинетическая энергия ( ) преобразуется в энергию статического давления (P).

В многоступенчатых насосах в качестве отводящего устройства применяют лопаточные направляющие аппараты (спиральные каналы). Один канал между лопастями по существу спиральный сборник на части окружности. Число лопастей направляющего аппарата менее 10. В этом случае при подачах, отличных от оптимальных дополнительные радиальные нагрузки не возникают, т.к. каналы симметричны относительно оси.

Насосы с лопаточным направляющим аппаратом имеют меньшие габариты, но ниже КПД, т.к. повышены гидравлические потери.

Потери в центробежных насосах.

А. Гидравлические потери состоят:

• на поворот потока на 90 при входе в рабочее колесо и наличие угла атаки на лопасти;

• на трение жидкости на стенки каналов;

• при поступлении жидкости в спиральный сборник;

• потери в коническом диффузоре.

Б. Объемные потери.

Это утечки воды из области высокого давления в область низкого давления через зазоры между подвижными и неподвижными частями насоса. Обычно утечки через сальниковый узел невелики по сравнению с утечками через кольцевые зазоры и их не принимают во внимание.

, где

 - 0,4-0,5 - коэффициент расхода

F_щ – площадь поперечного сечения кольцевого зазора.

Фактический расход через кольцо , где Q – подача насоса.

В. Механические потери включают:

• трение наружных сторон дисков колеса о воду , где С_тр – коэффициент трения, r₂ – радиус внешней окружности, n – частота вращения;

• трение в подшипниках и сальниках , где N – мощность насоса.

• гидравлическое торможение (N_гт). Этот вид потерь возникает при подачах из-за наличия обратных токов выбивает часть жидкости и возникает трение (вихрь).

Таким образом (при ).

Коэффициент полезного действия.

1. Гидравлический КПД.

, где

Н – напор насоса,

Н_т – теоретический напор насоса.

Гидравлический КПД главным образом зависит от относительной шероховатости, которая меньше у крупных насосов, поэтому у них выше.

2. Объемный КПД.

, где

Q – утечки

У насосов с большей быстроходностью _об выше.

3. Механический КПД.

, где

N – затраченная мощность

N_мех – мощность, затраченная на потери.

Чем выше n_s, тем выше _мех.

4. Полный КПД насоса.

.

Чем выше n_s, тем выше КПД насоса.

Краткая теория осевых насосов.

1. всасывающий патрубок

2. рабочее колесо:

а) втулка

б) лопасти

в) обтекатель

3. выправляющий лопаточный аппарат – выпрямляющий поток для увеличения статической составляющей напора насоса

4. отвод насоса

5. верхний подшипник с резиновым вкладышем (смазывается осветленной водой)

6. сальниковый узел

7. муфта

8. напорный патрубок

9. опоры насоса

10. нижний подшипник

В осевых насосах вода перемещается через рабочее колесо в направлении его оси. Каждая струйка движется по поверхности цилиндров, осью которых является вертикальная ось насоса. Движения жидкости вдоль радиусов нет, т.к. лопасть спрофилирована так, что напор жидкости вдоль любого радиуса одинаков.

Поперечное сечение лопастей осевого насоса имеет вид аэродинамического профиля.

1. « - _ат »

2. « + _ат »

l – хорда профиля

b – ширина профиля

Р_y – подъемная сила

Р_х – сила лобового сопротивления

Ввиду невозможности обтекания острой задней кромки профиля течение должно сопровождаться отрывом потока от поверхности профиля. В действительности при малых углах атаки отрыва не наблюдается. Объяснение этому явлению дали Жуковский и Чаплыгин. Они высказали следующий постулат: при безотрывном обтекании профиля вокруг него возникает циркуляция, при которой задняя кромка (т. В) является точкой схода струй.

В результате наложения циркуляции «Г» на набегающий поток скорости над профилем становятся больше (складываются), а под профилем меньше (вычитаются). Вследствие этого давление под профилем понижается, а под профилем увеличивается, что приводит к возникновению подъемной силы. Подъемная сила направлена перпендикулярно к невозмущенному набегающему потоку.

Угол между направлением потока W и хордой называется углом атаки. Он может быть положительным при набегании потока со стороны подъемной силы и отрицательным.

В результате продувки профиля в аэродинамической трубе получают его характеристики.

(1) - _ат

С_у – коэффициент подъемной силы

С_х – коэффициент лобового сопротивления

Циркуляция

Потери в рабочем колесе

Напор насоса

У осевых насосов нет дисковых потерь, объемные потери (утечки) незначительны, поэтому осевые насосы имеют высокий кпд до 92%.

Параллелограмм скоростей.

Особенности плана скоростей:

1. , где

R – радиус, n – частота вращения, об/мин.

2.

Напор насоса:

, где

Г – циркуляция лопастей колеса.

, где

z – число лопастей,

Г_i – циркуляция одной лопасти.

Изменение параметров осевых насосов производится при помощи разворота лопастей (изменение _ат).