Способ действия и кинематика потока среды в центробежном насосе.

Передача энергии потоку жидкости в центробежном насосе осуществляется рабочим колесом, образованным чаще всего двумя дисками (основным и передним) с размещенными между ними лопастями. Во время работы насоса жидкость из всасывающего трубопровода двигаясь по оси вращения РК после осесимметричного поворота но 90⁰ растекается в межлопастное пространство (МЛП) между дисками вращающегося РК. Под действием центробежных сил частицы жидкости увеличивают свою энергию и перемещаются по межлопастным каналам к периферии РК. Вытекая из выходного сечения РК в плоскости, перпендикулярной оси вращения, поток жидкости поступает в отвод, направляющий жидкость в напорный трубопровод (см. рис. 1.4, 2.1).

Сложное движение каждой частицы в каждой точке (МЛП) складывается из переносного (вместе с вращающимся РК) и относительного (вдоль оси канала , образованного внутренними поверхностями дисков и лопастей). В теории насосов скорость переносного движения (окружная) обозначается U, а относительного движения вдоль оси канала - W. Величина окружной скорости U определяется произведением текущего радиуса R на угловую скорость вращения ω: U = Rω, а относительной - частным от деления объемного расхода через РК – Q_рк на сумму площадей проходного сечения РК, перпендикулярных к осям межлопастных каналов. Таким образом, величина U непрерывно возрастает по ходу течения жидкости через РК, а W может либо увеличиваться, либо уменьшаться в зависимости от профилирования по радиусу расстояния между дисками, а также в зависимости от угла наклона лопасти или профилирования толщины лопастей по ходу течения. Необходимо отметить, что Q_рк > Q из-за наличия обратных перетечек жидкости с выхода из РК на вход через необходимые зазоры между РК и корпусом насоса - q (см. рис.2.1).

Рассмотрим подробнее кинематику течения в РК центробежного насоса согласно схеме на рис. 3.1.

На осевом сечении центробежного насоса обозначены:

1 - основной диск РК, 2 - передний (покрывной) диск РК, 3 - входная кромка лопасти, 4 - выходная кромка лопасти, 5 - осевой подвод, 6 - спиральный отвод, 7-вал РК, 8 - уплотнение вала в корпусе насоса, D₀-диаметр входа в рабочее колесо, D₁, R₁- диаметр и радиус расположения входных кромок лопастей РК (входа в МЛП), D₂, R₂ – наружный диаметр и радиус РК.

В сечении РК А-А представлены векторы скоростей U и W на входе (индекс 1) и выходе (индекс 2) из межлопастных каналов, а также соответствующие векторы абсолютных скоростей потока – С₁,₂. Последние являются геометрическими суммами слагаемых U_1,2 и W_1,2.

Параллелограмм (треугольник) скоростей на входе построен по:

- известному по направлению, зависящему от размеров РК и угловой скорости вращения вала величине окружной скорости:

U₁= R₁ω, (3.1)

- известному по направлению ( в данном примере оно радиальное) и величине вектору абсолютной скорости С₁. Величина этой скорости определяется из уравнения неразрывности потока жидкости:

С₁ = Qрк /2π R₁ b₁ , (3.2)

где: b₁ – ширина МЛП на входе в РК.

Необходимо отметить, что при вычислении скорости С₁ необходимо кроме знания величины Qрк (т.е. Q + q, см. рис. 3.1), учесть загромождение входа лопастями с конечной толщиной. Определить С₁ приближенно можно без учета этого обстоятельства. В общем случае направление вектора С₁ может отличаться от радиального. В центробежных машинах закрутка потока производится установкой перед входом в РК специальных лопастных аппаратов, служащих для регулирования напора насоса.

Направление вектора W₁, определенное из параллелограмма (треугольника) скоростей, (угол входа - β₁) должно быть касательным к поверхности лопастей, т.е. равным реальному углу наклона лопасти к касательной окружности радиуса R₁ - β_1Л.

Именно такой угол обеспечивает безударный вход потока жидкости в межлопастные каналы.

Очевидно, что угол β₁ всегда острый.

Построение параллелограмма скоростей на выходе из МЛП РК производится по:

- известной по величине и направлению окружной скорости:

U₂= R₂ ω, (3.3)

- известной величине радиальной составляющей абсолютной скорости потока на выходе из РК при ширине b₂:

С₂r = Qрк/2π R₂ b_{2 .} (3.4)

- принятому значению лопастного угла β_2..

В принципе этот угол может быть любым в пределах 90⁰ <β₂<90⁰. Его выбирают исходя из требований к регулировочным характеристикам насоса. В центробежных насосах угол обычно β₂<90⁰ (лопасти, загнутые назад), центробежные вентиляторы часто выполняют с лопастями , загнутыми вперед, т. . при β₂>90⁰.

На рис. 3.2 а, б, в, г параллелограммы скоростей на входе и выходе представлены более подробно для различных углов β₂. Известные или произвольно задаваемые векторы выделены жирным шрифтом. ( стрелки или черточки над буквами, обозначающие векторные величины, опущены). Дополнительно обозначены проекции вектора абсолютной скорости С₂u и С₂r и соответствующие углы α_{1 и} α₂.

		Рис. 3.2.