Рух рідини в робочому колесі відцентрового насоса

 

Робоче колесо відцентрового насоса є його основним робочим органом, тому кінематичні характеристики рідини, яка рухається через робоче колесо, вирішальним чином впливають на енергетичні параметри насоса.

Рисунок 4.

 

Рідина всередині міжлопасного каналу робочого колеса обертається разом з робочим колесом (тобто здійснює переносний рух). Окрім того, вона ще переміщується і відносно робочого колеса рухаючись від центра колеса до його периферії (при цьому рідина здійснює відносний рух). У відповідності з цим розрізняють такі види швидкостей руху частинок рідини в робочому колесі відцентрового насоса:

1 - швидкість переносного руху (окільна швидкість). Її позначають буквою ;

2 - швидкість відносного руху. Позначається ;

3 - швидкість абсолютного руху , яка є сумою векторів переносної та відносної швидкостей .

В основу теоретичного уявлення про сталий рух потоку рідини через робоче колесо відцентрового насоса покладено гіпотезу про цівочний рух. Згідно цій гіпотезі, кожна частинка рідини всередині міжлопасного каналу рухається по траекторії форма якої співпадає з кривою обрису лопатки. Точно кажучи, такий рух можливий тільки в тому випадку, коли міжлопасні канали будуть безкінечно тонкими, що відповідає наявності безкінечно великої кількості безкінечно тонких лопаток. Зрозуміло, що практично це нездійсненно. Але, якщо міжлопасні канали мають велику довжину в порівнянні з їх поперечними розмірами, то, в цілому, траекторія руху частинок рідини в таких каналах буде приблизно відповідати формі цих каналів (тобто формі лопаток). Це і є практичною підставою для прийняття гіпотези про цівочний рух.

Швидкість переносного руху  завжди направлена по дотичній до кола по якому обертається точка. Напрямок цієї швидкості співпадає з напрямком обертання. Для частинки рідини, що знаходиться в міжлопасному каналі на відстані r від центру обертання, величина переносної (окільної) швидкості визначається формулою:  , де: w - кутова швидкість колеса;       n - кількість обертів колеса за хвилину.

Як видно з цієї формули, окільна швидкість руху частинки рідини буде зростати по мірі її переміщення від центру до периферії робочого колеса (тобто по мірі збільшення r). При вході в робоче колесо ця швидкість дорівнює  , а при виході , де r₁ і r₂ - радіуси робочого колеса, відповідно, на вході та на виході рідини.

Якщо прийнято гіпотезу про цівочний рух, то відносна швидкість руху рідини  завжди буде направлена по дотичній до поверхні лопатки в сторону виходу із робочого колеса. Величина цієї швидкості буде зменшуватися по мірі переміщення частинки рідини від центру до периферії робочого колеса. Це пояснюється збільшенням поперечного перерізу міжлопасних каналів.

Абсолютна швидкість руху частинки рідини визначається як сума двох векторів   і   за правилом паралелограма.

a - кут між напрямками абсолютної та переносної швидкостей.

b - робочий кут лопатки. Це кут між вектором відносної швидкості та напрямком, протилежним переносній швидкості.

V_r - проекція абсолютної швидкості на напрямок радіусу: V_r = V sin a.

V_u - проекція абсолютної швидкості на напрямок окільної швидкості: V_u = V cos a.

Як видно із паралелограма швидкостей (рисунок 4), проекція відносної швидкості на напрямок радіусу W_r дорівнює відповідній проекції абсолютної швидкості:

W_r = V_r = V sin a.

 

Подача насоса

На підставі рівняння суцільності потоку для циліндричного перерізу на виході із робочого колеса можна записати: Q_{теор. ¥} = 2 p r₂b₂V_2r = 2 p r₂b₂V₂ sin a ₂  ,     

де: b₂ - ширина робочого колеса (відстань між дисками дивися рисунок 4) на виході.

Якщо урахувати, що деяку частину площі циліндричного перерізу на виході з колеса займають лопатки, то ця формула запишеться у вигляді:

 ,   

де: y ₂ - коефіцієнт утиснення потоку лопатками на виході із робочого колеса; d₂ - зовнішній діаметр робочого колеса.

.

Тут: z - кількість лопаток; d ₂ - товщина лопатки на виході із робочого колеса;    - товщина лопатки в циліндричному перерізі, що розглядається;  - робочий кут лопатки на виході із колеса. Для більшості насосів y ₂ знаходиться в межах 0,90-0,95.

Фактична подача насоса завжди буде менше від теоретичної через наявність перетікання рідини всередині насоса. Тому подача насоса визначається виразом:

 , де h _об - об’ємний коефіцієнт корисної дії насоса.