Подобие, тип рабочих колёс

Отличающийся высокой сложностью процесс движения жидкости в каналах колёс центробежного насоса не имеет точного масштабного описания, которое позволило бы только расчетным путём находить оптимальные геометрические параметры рабочих колёс. Данные для уточнения расчётов получают опытным путём в результате испытания моделей насосов, создаваемых для этой цели. Такой путь создания центробежных насосов не является единственным. Это объясняется тем, что расчёт центробежных насосов производится с испытанием законов подобия. Это позволяет подобрать модель с высокими параметрами из числа существующих насосов и пересчитать размеры насоса на условия работы с использованием уравнений подобия.

Подобие предполагает:

1. Геометрическое подобие проточных частей;

2. Кинематическое и динамическое подобия потоков жидкости.

Геометрическое подобие предполагает постоянство пропорциональности любых соответствующих линейных размеров и углов проточных частей рабочих колёс. Для линейных размеров это условие выражается отношением:

, где:

– линейный размер натурального насоса,

– линейный размер модели.

Кинематическое подобие предполагает постоянство пропорциональностей скоростей жидкости:

.

Для переносных окружных скоростей это условие выражается отношением:

.

Динамические подобия предполагают постоянство пропорциональностей сил, действующих на жидкость в любых соответствующих точках потока. Принимая во внимание условия подобия и используя выражения для подачи, получаем:

;

, при ;

.

Решая их, получаем основные уравнения подобия колёс центробежных насосов.

,

где – частота вращения модельного насоса.

Если насос при напоре создаёт подачу , то .

Все центробежные насосы с одинаковой величиной являются подобными.

Лекция 9 “Осевые насосы”

Насосы, в которых сообщение энергии жидкости происходит с помо­щью лопастного рабочего колеса, в котором жидкость движется через про­точную часть в осевом направлении в поле действия подъёмных сил, назы­ваются осевыми.

Существуют два вида осевых насосов: с жёстколопастным и пово­ротно-лопастным рабочим колесом.

В первом случае шаг лопастей фиксирован, во втором – регулируемый.

Расположение вала – вертикальное или горизонтальное.

Для осевых насосов характерна высокая подача и невысокий напор.

Используется в системах охлаждения конденсаторов ГТЗА.

Принцип устройства, действия.

Рассмотрим поставленный вопрос на примере насоса с жестколопаст­ным рабочим колесом. Рабочее колесо по устройству напоминает гребной винт, и имеет ступицу и лопатки. Лопасти – крыловидного профиля, с за­круткой вдоль радиуса рабочего колеса. Число лопастей – . В корпус перед колесом может устанавливаться направляющий аппарат (для преду­преждения закрутки потока перед колесом).

1. – корпус.

2. – защитная труба.

3. – вал.

4. – выправляющий аппарат.

5. – лопасть выправляющего аппарата вал.

6. – лопасть рабочего колеса.

7. – рабочее колесо.

Во время действия насоса рабочее колесо вращается с постоянной угловой скоростью. Жидкость движется через межлопастные каналы колеса, обтекая лопасти. Взаимодействие лопастей рабочего колеса с потоком жидкости можно показать, развернув одно из кольцевых сечений колеса в виде бесконечной решетки профилей, которая совершает поступательное движение.

Обтекание лопастей жидкостью сопровождается интенсивным вихреобразованием в пограничном слое и, как следствие, возникновением циркуляционного движения вблизи колеса.

Циркуляционное движение накладывается на основной поток, что приводит к уменьшению скорости на вогнутой, и увеличению на выпуклой стороне лопастей. В соответствии с изменением скорости, изменяется давление жидкости на лопасти, и образуется гидродинамическая сила давления на лопасти, приложенная в центре гидродинамического давления. Эта сила раскладывается в 2-х координатных системах: в системе лопасти, одна из осей координат которой совпадает с – на силу сопротивления лопасти и подъёмную силу .

В системе потока одна из осей совпадает с направлением оси рабочего колеса; сила раскладывается на окружную силу , направленную перпендикулярно оси рабочего колеса, и силу , направленную параллельно оси колеса. Это силы, с которыми жидкость действует на лопасть. Реакции всех указанных сил действуют на жидкость. Реакция вовлекает жидкость в переносное окружное движение в направлении вращения колеса и сообщает ей переносную окружную составляющую . Реакция вовлекает жидкость в поступательное движение вдоль оси рабочего колеса и сообщает ей поступательную составляющую скорости . Абсолютная скорость определяется в результате построения параллелограмма скоростей.