Профіль лопаток робочого колеса

 

Як витікає із головного рівняння відцентрового насоса, великий вплив на напір насоса мають параметри потоку при вході і виході із робочого колеса. Ці параметри, в свою чергу, залежать від профілю лопаток. Таким чином, профіль лопаток робочого колеса впливає на напір насоса.

Величина робочого кута лопатки на вході в колесо b ₁ визначається в залежності від окільної швидкості u₁ і абсолютної швидкості руху рідини при вході в робоче колесо v₁.

Знаючи кількість обертів n та внутрішній діаметр робочого колеса D₁, визначають u₁ = p D₁ n/60.

Знаючи розрахункову (оптимальну) подачу насоса Q_т, внутрішній діаметр робочого колеса D₁ , та ширину робочого колеса на вході b₁, визначають радіальну складову абсолютної швидкості рідини на вході в колесо:

 .

Як видно із паралелограма швидкостей, при умові радіального входу V_1r = V₁ sin 90 ° = V₁.

Рисунок 5.

Знаючи величини u₁ і V₁, будують паралелограм швидкостей при вході в робоче колесо і, таким чином, отримують кут нахилу лопатки відносно дотичної до внутрішнього кола робочого колеса.

Величина кута b ₂   вибирається. При цьому можливі три випадки:  b ₂ < 90 °; b ₂ = 90 °; b ₂ > 90 °.

Проаналізуємо усі ці випадки. Відомо, що повний напір, який створює робоче колесо насоса, складається із статичного та динамічного (швидкісного):

Н_нас = Н_стат + Н_дин = u₂ v_2u / g.

При цьому, величина динамічного напору визначається по формулі:    (різниця швидкісних напорів при виході та вході в колесо).

Як відмічалося раніше, при конструюванні відцентрових насосів намагаються дотримуватися умови V₁ = V_1r = V_2r,  тому:

 .

Розглянемо три типи лопаток:

1) Лопатки загнуті назад (b ₂ < 90 °).

 

Рисунок 6

 

В цьому випадку V_2u < u₂, тому:

<  .

Таким чином, при лопатках, загнутих назад (відносно напряму обертання), робоче колесо створює здебільшого статичний напір, тобто Н_дин < 0,5 Н_нас.

2) Лопатки з радіальним виходом (b ₂ = 90 °).

 

Рисунок 7

 

У цьому випадку V_2u = u₂, тому:

,  або         Н_дин = 0,5 Н_нас.

Тобто, при лопатках з радіальним виходом динамічний напір складає рівно половину від повного напору, який створює робоче колесо насоса.

3) Лопатки загнуті вперед (b ₂ > 90 °).

Рисунок 8

 

В такому випадку V_2u > u₂, тому:

>  ,  або Н_дин > 0,5 Н_нас.

Таким чином, при лопатках, загнутих вперед (відносно напрямку обертання), робоче колесо створює, здебільшого, динамічний напір.

В усіх випадках динамічна складова напору, який створюється робочим колесом, повинна бути перетворена в статичний напір. Таке перетворення пов’язане з додатковими втратами енергії, що, в решті решт, знижує коефіцієнт корисної дії насоса. З цієї причини лопатки в робочому колесі відцентрового насоса найчастіше виконуються загнутими назад (щоб збільшити статичну складову повного напору).

Обрис лопаток в проміжних перерізах виконується або по дузі кола, або по евольвенті круга.

Лопатки двійної кривизни окреслюються за результатами детального розрахунку профілю.