Основное уравнение центробежного насоса

Схема устройства и принцип действия

Центробежные насосы

Динамический насос – это насос, в котором жидкая среда перемещается под силовым воздействием на нее в камере, постоянно сообщающейся с входом и выходом насоса.

Лопастной насос – это динамический насос, в котором жидкая среда перемещается путем обтекания лопасти.

Центробежный насос – это лопастной насос, в котором жидкая среда перемещается через рабочее колесо от центра к периферии.

На основании приведенных определений составим в простейшем виде схематически конструкцию этого насоса (рис.10.1) консольного типа.

На вал 1 насажено рабочее колесо 2, вращающееся внутри корпуса 3. Рабочее колесо состоит из двух дисков (переднего и заднего), соединенных в единую конструкцию лопастями 4. Лопасти отогнуты плавно в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Передний диск имеет отверстие для подвода жидкости, задний – втулку для крепления колеса на валу. Поток входит в насос в осевом направлении, выходит - в радиальном. На входе в корпус крепится всасывающий патрубок, на выходе – нагнетательный.

Рис.10.1

Рабочее колесо с корпусом образуют спиральную камеру 5, которая затем плавно переходит в короткий диффузор, образующий напорный патрубок, соединяемый с напорным трубопроводом. Между валом и корпусом предусмотрено уплотнение 6.

Рассмотрим принцип действия центробежного насоса (рис.10.1). Так как вход и выход этого насоса между собой постоянно сообщаются, то насос принципиально не способен создать достаточное разрежение для его заполнения жидкостью, поэтому перед пуском насоса в работу последней должен быть заполнен перекачиваемой жидкостью. Для возможности заполнения во всасывающей трубе для малых насосов предусматривается обратный клапан 7, а для более крупных, в которых клапаны отсутствуют, – вакуумирование.

При вращении рабочего колеса на каждый объем жидкости, находящейся в межлопастном канале, действует центробежная сила, под действием которой жидкость выбрасывается из рабочего колеса в спиральную камеру; так как жидкость является сплошной средой без пустот и переуплотнений, то начиная с центра рабочего колеса, жидкость перемещается непрерывными потоками в межлопаточных пространствах, наращивая в основном кинетическую энергию, которая сначала в спиральной камере, затем в диффузоре превращается в потенциальную энергию, т.е. растет давление.

Несмотря на простоту конструкции центробежного насоса, движение жидкости внутри него, особенно в межлопастном пространстве, довольно сложное. Для объяснения движения жидкости в рабочем колесе насоса существуют две теории. Первая – вихревая (теория Н.Е. Жуковского). Суть ее заключается в том, что лопасть рабочего колеса, при обтекании которого возникает подъемная сила, заставляющая перемещать жидкость внутри колеса (рис.10.2)

Рис.10.2

Вихревая теория более приемлема для объяснения работы осевых насосов и менее удобна для центробежных.

Вторая – струйная (теория Л.Эйлера). Суть этой теории заключается в том, что сложное движение жидкости внутри рабочего колеса насоса идеализируется и принимается строго упорядоченным – струйным. Для этого рабочее колесо должно иметь бесконечно большое число бесконечно тонких лопастей.

для такого упорядоченного движения жидкости можно представить параллелограммы скоростей на входе и выходе лопастей (рис.10.3) с индексами «1» - на входе и «2» - на выходе. Для этого выделим только одну лопасть (рис.10.3).

Рис.10.3

При вращении рабочего колеса с угловой скоростью жидкость приобретает переносную скорость U, направленную касательно к окружностям радиусов r₁ и r₂: U = Ωr. При бесконечно большом числе лопастей траектория каждой струйки будет соответствовать профилю лопасти, поэтому под действием центробежной силы каждая частица жидкости относительно и касательно к лопасти приобретает относительную скорость W. Угол между относительной скоростью и обратным направлением переносной скоростью называют углом наклона лопастей β₁ и β₂.

Для вывода основного уравнения центробежного насоса воспользуемся теоремой механики об изменении момента количества движения для движущейся жидкости, которую в этом случае можно сформулировать так:

Дата добавления: 2014-12-16