1.2.2 Класифікація відцентрових насосів

Зараз розроблено багато різних конструкцій відцентрових насосів, які можна класифікувати за головними признаками.

За кількістю робочих колес, розміщених послідовно, відрізняють одноступеневі і багатоступеневі насоси. В багатоступеневих насосах рідина, що перекачується, проходить через ряд колес, насаджених на єдиний вал. При цьому напір насоса дорівнює сумі напорів, які розвиваються кожним колесом. Багатоступеневі насоси є високонапірними (насосами високого тиску). В залежності від форми проточних каналів, по яких рідина перетікає від колеса до колеса, багатоступеневі насоси мають такі позначення: ЦНС – відцентровий насос секційний (в російській мові Ц – «центробежный»); ЦН – багатоступеневий насос в якому робочі колеса згруповані попарно.

За кількістю потоків (за кількістю паралельно розміщених колес) насоси бувають однопоточні і багатопоточні.

За величиною створюваного напору відцентрові насоси діляться на малонапірні (насоси малого тиску) – ті, що створюють напір до 20 метрів водяного стовпа; середньонапірні (насоси середнього тиску) – напір 20-60 метрів водяного стовпа; високонапірні (насоси високого тиску) – напір більше 60 метрів водяного стовпа.

За способом підводу рідини до робочого колеса бувають насоси з однобічним входом та насоси з двобічним входом.

За способом відведення рідини від робочого колеса відцентрові насоси бувають з спіральним каналом, з кільцевим каналом та з направляючим апаратом. Останні інколи називають турбінними насосами.

За конструкцією робочого колеса відцентрові насоси можуть бути з закритим робочим колесом (з двома дисками), з напіввідкритим робочим колесом (з одним диском), з відкритим робочим колесом (зовсім без дисків).

За розміщенням валу відрізняють горизонтальні та вертикальні насоси. За способом з’єднання з двигуном відцентрові насоси бувають привідними (з шківом або редуктором); насоси, що з’єднуються з двигуном за допомогою муфти; моноблочні – насоси у яких робоче колесо установлюється на спільному валу з двигуном.

За родом рідини, яку перекачує насос, відцентрові насоси бувають:

- водопровідні – насоси для умовно чистої води;

- каналізаційні (фекальні) – призначені для перекачки фекальних стічних вод і других забруднених рідин з температурою до 100С;

- теплофікаційні – для гарячої та перегрітої води;

- грунтові (землесоси), піскові, шламові для транспортування різноманітних пульп (пульпа – суміш води з твердими речовинами);

- кислотні – для транспортування агресивних рідин;

- насоси для транспортування нафти та нафтопродуктів;

- насоси для рідин, що легко закипають (ефір,спирт і т.п.).

Окрім названих, існують і інші насоси для специфічних рідин.

1.2.3 Рівняння Ейлера

Енергія, яка передається рідині чи газу робочим колесом відцентрової машини, визначається в основному величинами абсолютної, відносної і колової швидкостей на вході і виході з міжлопатевих каналів. Плани таких швидкостей приведені на рис.1.2, де позначено: – колова швидкість; – відносна швидкість, тобто швидкість потоку відносно колеса, що обертається; – абсолютна швидкість (швидкість рідини відносно нерухомого корпусу машини).

Рисунок 1.2 – Швидкості руху рідини на вході і виході робочого колеса

Характерними елементами являються також наступні кути:

α – кут між векторами колової і абсолютної швидкостей;

β – кут між векторами відносної і колової швидкостей (він визначається формою лопатей відцентрової машини і режимом її роботи).

В теорії і розрахунках відцентрових машин використовують також колову і радіальну складові абсолютних і відносних швидкостей і позначаються індексами u і r.

Для виведення основного рівняння відцентрової машини використовується закон моментів кількості руху. На основі цього закону приріст моменту кількості руху матеріальної системи відносно даної осі за деякий проміжок часу рівний моментові імпульсу всіх зовнішніх сил, що діють на систему за той же проміжок часу відносно тієї ж осі.

Основне рівняння відцентрових машин має наступний вигляд:

(1.9)

де – теоретичний напір, який створюється лопатями робочого колеса машини (при безмежній кількості безмежно тонких лопатей), м;

і – колові швидкості рідини (відповідно на виході і вході робочого колеса, м/с;

і – абсолютні швидкості рідини (відповідно на виході і вході робочого колеса, м/с;

і – гідродинамічні кути на виході і вході робочого колеса;

g – прискорення вільного падіння, м/с².

Рівняння (1.9) вперше було отримане в Росії академіком Л. Ейлером у XVIII ст. і носить назву рівняння Ейлера.

На безударному режимі роботи відцентрової машини α₁=90°, а тому рівняння (1.9) прийме вигляд:

(1.10)

Між тиском насоса і його напором існує залежність:

(1.11)

На безударному режимі роботи ідеального насоса будемо мати:

(1.12)

Відомо, що .

Підставивши значення в рівняння (1.12) отримаємо (1.13):

(1.13)

де – колова проекція абсолютної швидкості на виході робочого колеса, м/с.

Аналізуючи рівняння (1.13) приходимо до висновку, що тиск насоса можна підвищити шляхом збільшення параметрів n, i .

Із збільшенням зростає кут , що негативно впливає на ККД насоса ( _опт =20⁰…40⁰). Із збільшенням r₂ суттєво збільшуються розміри і маса насоса, втрати енергії на тертя бокових поверхонь дисків робочого колеса (дискові втрати) і гідравлічний опір каналів колеса рухові рідини. При збільшенні частоти обертання робочого колеса зменшуються його розміри і ширина каналів. Виготовлення такого колеса затрудняється. Крім того при великій частоті обертання робочого колеса може відбутись розрив суцільності потоку рідини, утворюються пустоти, які заповнюються парами рідини і газів, що виділяються з рідини. Виникає явище кавітації, яке призводить до зниження основних параметрів насоса, підвищення шуму і вібрації, а також ерозійного спрацювання робочих коліс.

Дійсний напір H, створюваний робочим колесом реальної машини, менший від із-за наявності обмеженого числа лопатей і в’язкості рідини.