Гидродинамика рабочего колеса центробежного насоса

Основной частью любого центробежного насоса являются рабочее колесо, при вращении которого жидкости передается подводимая к нему энергия от двигателя.

В каналы рабочего колеса (т.е. в пространства между лопастями и стенками колеса) жидкость поступает со скоростью, которая в каналах увеличивается. Перемещаясь по каналу рабочего колеса, частицы жидкости совершают сложное движение: вращательное - вместе с колесом с окружной скоростью U и поступательное - относительно поверхности лопастей со скоростью С.

Относительная скорость направленна по касательной к поверхности лопасти в данной точке, а окружная скорость - по касательной к окружности, на которой лежит эта точка.

По законам механики приложенный к потоку жидкости момент, равный моменту на валу насоса, вызовет соответствующее ему изменение количества движения жидкости.

Уравнение было выведено Л.Эйлером в 1755 г. (1707-1783 г.г.) и называется уравнением Эйлера или основным уравнением центробежного насоса.

Леонард Эйлер родился 4 апреля 1707 года в г. Базеле (Швейцария) в семье небогатого пастора. 1724 г. закончил Базельский университет, в котором слушал лекции по математике Д.Бернулли. В 1726 г. Л.Эйлер был приглашен в Петербург в только что организованную Академию. В Петербурге Л.Эйлер изучил русский язык. Большая часть сознательной жизни Л.Эйлера прошла в Петербурге в Российской Академии наук, поэтому он по праву считается великим Российским ученым.

Необыкновенно широк был круг занятий Л.Эйлера, охватывающий все разделы современной ему математики и механики, теории упругости, физики, оптики, теории машин, баллистики, морской науки и т.д. Результаты совей огромной деятельности обобщены им в ряде монографий, рукописи большинства из которых до сих пор находятся в Санкт-Петербурге. Здесь можно отметить такие работы как: Механика или наука о движении, дифференциальное исчисление, теория движения твердого тела, универсальная арифметика, интегральное исчисление и т.д. даже сегодня трудно перечислить все доныне употребляемые теоремы и формулы, выведенные этим талантливейшим Российским ученым.

Высота всасывания центробежных насосов и явление кавитации.

Подача воды на пожаре от пожарных машин осуществляется как правило при следующих схемах ее забора:

- ось насоса расположена выше уровня жидкости;

- ось насоса находиться ниже уровня жидкости;

- жидкость поступает в насос под давлением.

Исходя из этого изменяется так называемая геометрическая высота всасывания H=4 м. Геометрическая высота всасывания H=4 м – это расстояние по вертикали от уровня жидкости в водоисточнике до оси насоса. Эту высоту следует отличать от вакуумметрической высоты всасывания представляющей собой энергию, выраженную в метрах, которая необходима для подъема жидкости на геометрическую высоту, создание скоростного напора во всасывающей полости В случае работы насоса с подпором во всасывающей линии (например от гидранта), вакуумметрическая высота всасывания является величиной отрицательной. Значение показаний вакуумметра или манометра, установленных на насосе, соответствуют вакуумметрической высоте всасывания.

Нормальная работа центробежного насоса обеспечивается в таком режиме, когда не нарушается сплошность потока жидкости, находящегося в насосе. Это соблюдается только в том случае, если абсолютное давление во всех точках полости насоса больше давления ее насыщенных паров при данной температуре. Если же абсолютное давление в некоторых точках полости насоса становится меньше давления насыщенных паров, то начинается явление парообразования и кавитации.

Кавитацией называют процессы нарушения сплошного потока жидкости, происходящее там, где местное давление понижается и достигает определенного критического значения.

При этом наблюдается образование большого количества мельчайших пузырьков, наполненных парами жидкости и газа, растворенного в ней. Образование пузырьков внешне похоже на кипение жидкости. Пузырьки уменьшают сечение для потока жидкости. В результате этого скорость потока в этих сечение увеличивается, а пузырьки захватывается потоком. Попадая с данным потоком в область с давлением выше критического, пузырьки разрушаются. Их разрушение происходит с большой скоростью и сопровождается кратковременным возрастанием давления до десятков и даже сотен МПа. Внешне это проявляется в возникновении характерного потрескивания во всасывающей полости насоса, наличии вибрации и шума в насосе. Кавитация отрицательно сказывается на работе насоса. Под действием кислорода и других газов, выделяющихся из жидкости в области пониженного давления, происходит активное химическое разрушение материала рабочего колеса и корпуса насоса. Кроме этого разрушающиеся газовые пузырьки являются мощными ультразвуковыми излучателями. Ультразвук обладая сильным дробящим действием вызывает механическое разрушение деталей насоса.

Воздействие кавитации усиливается, если перекачиваемая жидкость содержит взвешенные абразивные вещества: песок, мелкие частицы шлака, глины и т.п. В связи с этим для насосов назначается необходимый надкавитационный напор (запас), который должен обеспечиваться в эксплуатации. Для насоса ПН-40УА он равен 3 м, для ПН-60 и ПН-110 - 3,5 м.

Дата добавления: 2015-07-02