2. 4 Определение основных размеров на выходе из рабочего колеса.

Основные параметры выхода рабочего колеса: - наружный диаметр, - ширина лопасти на выходе, - угол установки лопасти на выходе определяются из условия создания требуемого напора при достаточно высоком КПД.

Диаметр определяют методом последовательных приближений:

;, отсюда имеем:

;

- наружный диаметр в первом приближении. Из треугольников скоростей на входе и выходе из межлопастных каналов получаем:

;;;

Отсюда окончательно имеем:

, где

- коэффициент стеснения на выходе из колеса (следует помнить, что для снижения потерь в насосе выходную кромку лопасти стремятся плавно заострить, то есть , однако для улучшения ее технологических свойств и увеличения прочности она изготовляется конечной толщины ).

Меридианная составляющая абсолютной скорости (для колес со средними кавитационными качествами) принимается в пределах . С целью минимизации вихревых зон при движении потока в межлопастных каналах принимается соотношение относи­тельных скоростей:

;

Угол установки лопасти на выходе из рабочего колеса принимает значения . Благоприятная форма лопасти получается при близких значениях углов, то есть .Минимальное число лопастей может быть найдено по формуле:

, где - длина средней линии тока в меридианном сечении в предварительном расчете.

Число лопастей обычно составляет:

Далее определяем коэффициент , учитывающий конечное число лопас­тей. Для радиального направления средней линии меридианного сечения рабочего колеса:

, где

- коэффициент, учитывающий чистоту обработки поверхности и форму лопасти, принимается:

Первое слагаемое определяется в зависимости от шероховатости поверхности проточной части колеса. Для колес с малой шероховатостью межлопастных каналов следует принимать меньшее значение. (Отметим, что для лопаточного отвода поправка всегда меньше, чем для спирального отвода).

Теоретический напор колеса по струйной теории определяется по формуле:

;

Определим наружный диаметр во втором приближении, воспользовавшись основным уравнением гидравлических лопастных машин:

;

Из треугольника скоростей имеем:

;

После подстановки его в основное уравнение и решения относительно получим окружную скорость на выходе во втором приближении:

;

По окружной скорости находим диаметр выхода во втором при­ближении:

;

При выполнении условия значение принимается за окончательное, в противном случае выполняется следующее приближение.

Определим ширину лопасти иотносительную скорость на выходе:

; ;

При струйном движении потока направление относительной скорости

будет совпадать с направлением касательной к средней линии лопасти.

Окружная проекция скорости на выходе определяется как:

;

По полученным значениям ,, , строят треугольник скоростей на выходе из рабочего колеса (см. рис.10) и опреде­ляют скорости , , :

Рис. 10 Треугольники скоростей на выходе.

2. 5 Меридианное сечение рабочего колеса. Расчет и построение.

Меридианным сечением рабочего колеса называется сечение ко­леса плоскостью, проходящей через его ось. При этом лопасти рабочего колеса не рассекаются, а входная и выходная кромки лопасти наносятся на секущую плоскость круговым проектированием, то есть каждая точка кромок лопасти поворачивается вокруг оси колеса до встречи с секущей плоскостью (см. рис.11). Профилирова­ние меридианного сечения выполняется так, чтобы ширина межло­пастного канала плавно изменялась от входа до выхода. С этой целью выдаются графиком изменения меридианной составляющей абсолютной скорости в функции от радиуса , или длины средней линии межлопастного канала. Форма средней линии межлопастного канала рабочего колеса выбирается по прототипам в зависимости от значения коэффициента быстроходности (см. рис.12).

В качестве исходного уравнения для определения ширины межлопастного канала используется уравнение неразрывности:

, где

- расчетная подача; - текущий диаметр; - ширина канала на диаметре; - меридианная составляющая абсолютной скорости на диаметре .

Построение выполняется следующим образом: линия от радиуса до радиуса разбивается на ряд участков ,затем по формуле:

;

определяем ширину межлопастного канала на соответствующем радиусе. Взяв эти точки за центры, проводят ряд окружностей с диаметром, равным ширине канала _. Боковые стенки канала получим как огибающие этих контуров (см. рис.13). При необходимости контуры могут быть откорректированы по конструктивно-технологическим соображениям. После корректировки окончательно определяются параметры канала и положение средней линии.

Из опыта проектирования рекомендуется контур канала в меридианном сечении выполнять подобным по форме каналам рабочего колеса с высокими гидравлическими свойствами.

Рис. 11 Меридианное сечение рабочего колеса.

Рис. 12 Прототипы в зависимости от коэффициента быстроходности.

Рис. 13 Меридианное сечение рабочего колеса. Итоговое построение.