Тема 2. Принципы работы центробежных машин.

2.1. Устройство и принцип действия центробежного насоса.

2.2. Уравнение Эйлера для центробежных машин.

2.3. Развиваемый напор. Факторы, влияющие на его величину.

2.4 Геометрическая высота всасывания. Кавитация в насосах.

2.1.1. Устройство и принцип действия центробежного насоса.

Центробежный насос (см. рисунок 2.1) состоит из корпуса 1, внутри которого аксиально установлено рабочее колесо. Рабочее колесо размещено в корпусе 1 с малым торцевым зазором. По периметру колеса между ним и корпусом образуется постоянно расширяющийся (серповидный) зазор, плавно переходящий в нагнетательный патрубок 10. Оно является основным рабочим узлом насоса. Состоит из ведущего диска 2 с посадочной втулкой, ведомого диска 3 с отверстием для входа жидкости в рабочее колесо. Между собой диски неразъёмно соединены с помощью изогнутых лопастей 4, которые делят пространство между дисками на ряд криволинейных каналов.

Рабочее колесо насажено на приводном валу 5 установленном в подшипниковых узлах 6. Для исключения протечек перекачиваемой жидкости вал снабжен уплотнением 7. С торца корпуса насоса закрывается крышкой 8 в которой размещен всасывающий патрубок 9.

Рисунок 2.1 – Схема центробежного насоса

1 – корпус насоса; 2 – торцевая крышка; 3=3а+3б+3в – рабочее колесо; 3а – ведущий диск рабочего колеса; 3б – ведомый диск рабочего колеса; 3в – лопасти рабочего колеса; 4 – вал привода; 5 – уплотнение вала; 6 – подшипниковый узел; 7 – входной (всасывающий) патрубок насоса; 8 – выходной (нагнетательный) патрубок насоса; 9 – торцевой фланцевый кронштеин; 10 – электродвигатель; 11 – защитный кожух.

При вращении рабочего колеса насоса жидкость увлекается в движение и при этом участвует в двух видах движения: переносном со скоростью - совместно с рабочим колесом относительно его оси вращения и относительном движении со скоростью u – вдоль лопаток рабочего колеса (см. рисунок 2.1).

Достигнув среза рабочего колеса жидкостной поток попадает в серповидный зазор между корпусом и рабочим колесом. Перемещаясь вдоль корпуса по постоянно расширяющемуся зазору поток теряет скорость, его кинетическая энергия уменьшается и переходит в потенциальную. Поэтому давление в потоке на выходе из насоса выше давления жидкости на входе в насос. При сходе жидкости с кромок рабочего колеса, в центре колеса, образуется разряжение. Под действием атмосферного давления сюда поступают новые порции жидкости.

Для пояснения принципа повышения давления в насосе выделим два сечения 1-1 и 2-2 см. рисунок 2.1 плоскость отсчета (сечение 0-0) проведем по оси насоса. Для выбранных сечений запишем уравнение энергетического баланса потока:

(2.1)

Считая, что насос имеет не значительные габариты можно утверждать, что . Величина гидравлических потерь в насосе тоже не велика, а поэтому опускается из уравнения. Тогда уравнение (2.1) примет вид:

или (2.2)

Принимая во внимание то, что зазор, в котором движется жидкость, постоянно увеличивается, в направлении выхода из насоса т.е. из уравнения неразрывности потока приходим к выводу об изменении скорости движения жидкости в рассматриваемых сечениях от значения в первом сечении до значений (в сечении 2-2). При этом будет уменьшаться удельная кинетическая энергия потока (скоростной напор) от до . Таким образам, справедливо утверждение о том, что

(2.3)

Но в соответствии с уравнением (2.2) следует, что:

(2.4)

т.е. пьезометрический напор потока при перемещении его от сечения 1-1 до сечения 2-2 возрастает. Это означает что в потоке происходит переход кинетической энергии в потенциальную. Этот переход называют трансформацией Бернулли.