Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Кромок рабочего колеса
|
|
1. Геометрические размеры и планы скоростей
Основной рабочий орган – рабочее колесо, которое ускоряет рабочую жидкость (рис. 4).
Частицы жидкости в рабочем колесе (рис. 5) движутся, во-первых, относительно рабочего колеса, во-вторых, они вместе с рабочим колесом совершают переносное движение. Сумма относительного и переносного движений дает абсолютное движение жидкости, т.е. движение ее относительно неподвижного корпуса насоса.
Рис. 4. Рабочее колесо центробежного насоса
Рис. 5. Схема рабочего колеса центробежного насоса
Абсолютная скорость c движения жидкости в любой точке (напр. т .А и т .Б) канала колеса равна геометрической сумме скорости w жидкости относительно рабочего колеса (относительная скорость) и окружной скорости 
рабочего колеса (переносная скорость):
,
где 
- абсолютная скорость;
- относительная скорость;
- переносная скорость.
Движение жидкости в лопастном колесе рассматривается по упрощенной схеме.
Жидкость движется в межлопастном пространстве, которое находится между лопастями, передним и задним диском колеса.
Считаем, что перемещение жидкости в межлопастном пространстве происходит в виде бесконечного множества струек, Траектория струйки совпадает с геометрическим профилем лопасти колеса
Допустим, что поток в рабочем колесе осесимметричный (плоскорадиальный). При этом траектории всех частиц жидкости в относительном движении одинаковы. Примем, что они совпадают с кривой очертания лопатки. Относительные скорости частиц 
), лежащих на одной окружности одинаковы и направлены по касательной к поверхности лопатки в рассматриваемой точке.
(Эти допущения называют схемой бесконечного числа лопаток. В действительности поток жидкости в рабочем колесе не является осесимметричным, так как давление на лицевой стороне лопатки больше, чем на ее тыльной стороне. По уравнению Бернулли чем больше давление, тем меньше скорость, поэтому относительная скорость частиц, движущихся вдоль лицевой стороны лопатки меньше, чем у частиц, движущейся вдоль ее тыльной части).
Из уравнения следует, что скорости c, 
и u образуют треугольник скоростей. На рисунке 6 представлено графическое изображение скоростей движения жидкости в рабочем колесе.
Относительная скорость направлена по касательной к лопатке. Окружная скорость направлена по касательной к окружности, на которой расположена рассматриваемая точка, в сторону вращения рабочего колеса.
Окружная (переносная) скорость жидкости u определяется п формуле:
где 
- угловая скорость вращения колеса;
- текущий радиус.
Рис. 6. Графическое изображение скоростей движения жидкости
в рабочем колесе
Абсолютную скорость c разложим на две взаимноперпендикулярные составляющие:
Cu – окружная составляющая абсолютной скорости. Окружная составляющая абсолютной скорости определяется конструкцией подвода и практически не зависит от конструкции рабочего колеса. Большинство конструкций подводов не закручивает поток и Cu= 0. Исключение составляют конструкции полуспиральных подводов и обратные каналы направляющих аппаратов, служащих подводами для промежуточных ступеней секционных насосов;
Сm – меридиональная скорость – проекция абсолютной скорости на плоскость, проходящую через ось колеса и рассматриваемую точку. Эта плоскость называется меридиональной.
Обозначения:
- угол между абсолютной c и переносной u скоростями жидкости;
- угол между относительной скоростью w и отрицательным направлением переносной скорости u и жидкости;
Индекс «1» - для обозначения скоростей и углов на входе в рабочее колесо и индекс «2» - для обозначения тех же величин на выходе из него.
Построим треугольник скоростей для точки выходной кромки рабочего колеса (рис. 7).
Рис. 7. Треугольник скоростей для точки
выходной кромки рабочего колеса
Вектор окружной скорости 
перпендикулярен радиусу r 2 рабочего колеса и направлен по касательной к окружности в сторону вращения. Вектор относительной скорости 
направлен по касательной к лопатке, образуя с обратным направлением вектора окружной скорости 
угол β 2. Угол между вектором абсолютной скорости 
и вектором окружной скорости 
обозначен через α 2.
Вектор меридиональной составляющей абсолютной скорости 
перпендикулярен вектору окружной скорости 
, а также вектору окружной составляющей абсолютной скорости 
:
.
Меридиональную абсолютную скорость определяем из уравнения расхода:
,
где 
- расход жидкости, протекаюшей через колесо;
– площадь нормального сечения меридионального потока.
Расход жидкости через колесо определяется подачей насоса и объемными перетечками жидкости, частично возвращающейся через щели (рис. 8):
где 
- подача насоса;
- объемные перетечки.
Рис. 8. Объемные перетечки жидкости через рабочее колесо
Отсюда меридиональная абсолютная скорость См2 равна:
где 
– толщина лопасти на выходе, замеренная в окружном направлении (рис. 9);
- число лопаток;
- ширина канала на выходе.
Рис. 9. Схема рабочего колеса центробежного насоса
Из треугольника скоростей следует, что
Построим планы скоростей для двух точек на входе:
- первая точка 1 расположена на входе непосредственно до междулопаточого пространства («до»);
- вторая 2 – сразу после поступления потока в междулопаточное пространство («после»), (рис. 10 а).
Рис. 10. Расположение точек и треугольник скоростей для первой точки на входе в рабочее колесо:
а) – расположение точек на входе в рабочее колесо;
б) – треугольник скоростей для первой точки
1 точка – «до»:
Величина относительной скорости на входе 
:
Отсюда:
.
Для второй точки («после»)( рис. 11 ):
Рис. 11. Треугольник скоростей для второй точки на входе
в рабочее колесо
Меридианальная составляющая определяется:
.
Направление входного элемента лопатки следует выбирать близким к направлению относительной скорости 1. В противном случае получается отрыв потока от лопатки с образованием мертвой зоны, сильно увеличивающей потери на входе в рабочее колесо. Опыт показывает, что как кпд, так и высота, на которую насос способен засосать жидкость (высота всасывания), увеличиваются, если входной элемент лопатки рабочего колеса установить по отношению к окружности не под углом 
, а под углом 
, который больше на 3-8о.
Треугольники скоростей используются при определении теоретического напора насоса (без учета гидравлических потерь или при бесконечном количестве лопаток):
.
Или с учетом окружной скорости u 2, м/с на выходе рабочего колеса и его частоты вращения n н, мин-1
Т.е. теоретический напор насоса 
тем выше, чем больше наружный диаметр рабочего колеса d 2, частота вращения n н и окружная составляющая абсолютной скорости с u2.
1.5. Характеристики лопастного насоса: комплексная, теоретическая, рабочая; универсальная