Лекция 7 “Движение жидкости в пространстве за колесом. Преобразование составляющих напора центробежных насосов”

Движение жидкости в межлопастных каналах сопровождается приращением её скорости на величину до 1-го порядка. Для повышения давления жидкости её скорость необходимо понизить. Понижение ск4орости в ространстве за колесом осуществляется с помощью отводящего устройства. Для пояснения этого процесса рассмотрим движение жидкости в свободном пространстве за колесом. При этом допускают, что жидкость идеальная невязкая, и её движение за колесом струйное, осесимметричное. В пространстве за колесом, лопасти на жидкость не действуют, поэтому её частицы будут иметь только окружную скорость , радиальную и абсолютную . В частности, на окружности входа жидкости в пространство за колесом , на окружности произвольного радиуса .

– угол скорости жидкости,

– угол скорости на ,

Для анализа изменения скорости жидкости используется выражение для моментов количества движения. Аналогично для анализа окружной составляющей движения используется закон сохранения моментов количества движения.

где, – масса жидкости.

Идеальная жидкость перемещается с на без потерь энергии и без изменения момента количества движения.

.

,

где – момент количества движения;

Для исследования изменения радиальной составляющей скорости используется закон сохранения массы.

Закон сохранения массы предполагает постоянство расхода жидкости в любом сечении потока:

Изменяется абсолютная скорость, т.е. она уменьшается прямо пропорционально удалению жидкости от оси вращения колеса. Устройство должно иметь форму, обеспечивающую удаление жидкости от оси вращения колеса.

Преобразование составляющих

Для анализа этого вопроса используется закон сохранения энергии, частным случаем которого является уравнения Бернулли. В соответствием этим законом для центробежных насосов с вертикальным расположением вала получают:

В результате преобразования получают:

.

Отсюда следует, что движение жидкости в пространстве за колесом сопровождается увеличением статической составляющей скорости и давления жидкости.

Выше рассмотрен случай движения идеальной невязкой жидкости. При движении вязкой жидкости возникнут гидравлические сопротивления и потери энергии на их преодоление. Величина потерь будет зависеть от того, на сколько профиль отвода будет соответствовать траектории движения жидкости. В теоретическом случае траектория определяется величиной:

Все величины правой части – постоянные, следовательно траекторией движения частиц жидкости является логарифмическая спираль и, следовательно, такой профиль должен иметь отводящее устройство. Но логарифмическая спираль быстро удаляется от оси вращения колеса, что приводит к увеличению габаритов устройства отвода. Поэтому только начальная часть проектируется по спирали, а остальная – по закону постоянства скорости в поперечном сечении отвода.

Подача центробежного насоса

Подача центробежного насоса включает 3 понятия:

1. при бесконечном числе лопастей рабочего колеса:

;

2. с учётом числа лопастей (теоретическая подача):

;

3. действительная подача:

.

Потери жидкости различают внешние и внутренние:

Внешние – через уплотнения вала,

Внутренние – через уплотнения колеса.

Лекция 8

“Отводящее устройство центробежного насоса. Основы подобия, тип рабочих колёс центробежных насосов”

Отводящие устройства

В центробежных насосах используется 2 вида отводящих устройств: спиральные отводы и лопастные отводы.

Спиральные отводы – выполняются литыми вместе с корпусом. В этом случае отводу может быть придан вид (форма), наиболее целесообразный в гидродинамическом отношении. Но внутренние поверхности литых отводов недоступны для механической обработки. В связи с этим из-за шероховатости стенок отвода при движении жидкости в нём возникают потери трения. Учитывая это, литые отводы используются для малой скорости движения, т.е. в насосах среднего и низкого напора.

Спиральные отводы используются для последней ступени многоступенчатых насосов:

1. .

2. язык,

3. диффузор,

4. горловина спирали,

5. спиральный участок,

6. – угол охвата спирали,

7. начальная окружность отвода.

,

где – скорость жидкости, постоянная в поперечном сечении отвода.

Площадь поперечного сечения остальных частей уменьшается в направлении горловины к языку спирали, пропорционально уменьшению угла охвата спирали.

На спиральном участке скорость преобразуется примерно на 20% давления, а заканчивается этот процесс в диффузоре. Поперечное сечение спирального отвода может быть круглым, каплевидным, трапециевидным или прямоугольным.

Наиболее целесообразным с точки зрения скорости является трапециевидная форма сечения с углом раскрытия стенок, увеличивающимся в направлении от языка к горловине спирали.

Лопастные отводы – выполняются с прямоугольной формой поперечного сечения межлопастных каналов. Такая форма сечения менее целесообразна в гидродинамическом отношении. Но прямоугольная форма сечения позволяет выполнить механическую обработку стенок каналов и свести к минимуму потери на трение, возникающие при движении жидкости в каналах. Учитывая это, лопастные отводы применяются, когда скорость движения жидкости в отводе высокая.

1. Д иск лопастного отвода.

2. Лопасть.

3. Межлопастной канал.

4. Спиральный участок.

5. Диффузор.

6. – начальная окружность;

7. – окружность выхода;

8. – угол входа жидкости;

9. – выходной угол лопасти.

;

из отношения:

.

Число лопастей отвода: .

Принцип преобразования скорости такой же, как в спиральном отводе.

Составные отводы: лопастной и спиральный.