книги / Насосы и вентиляторы.-1
.pdfпроходит чаотнца жидкости, переходя о радиуса |
на радиуо |
безлопаточного диффузора в , следовательно, |
бодлив потери |
жидкости на трение. Поэтому протяженность безлопаточного диф фузора в радиальном направлении стремятс'- оовратить и сделать таким, чтобы выполнялись условия только по выравнивания поля скоростей я давлений жидкости, оарбенно в облаоти начала "языка” сборника. Хроме бевлопаточного диффузора отвод может включать в оебя еще и кольцевой лопаточный диффузор.
К о л ь ц е в о й л о п а т о ч н ы й д и ф ф у з о р выполняется в виде круговой решетка, установленной между боко вш и отенкаш спирального сборника за рабочим холесом насоса (рис. V), о числом лопаток от 5 до 12.
Рио. 7, Схема нааооа о кольцевыми лопаточным в беэлопаточным двффузорада: I - опиральный сборник; 2 - ко нический щг'Ъ&ур; з -коль» девой бзвлоааточный диффу зор; 4 - кольцевой лопаточ ный диффузор
Шток жидкости на выходе из рабочего колеса отклоняется ло паткам! диффузора от траектории свободного движения по логврсф- «впесюй спирали. Ори «том траектория движения частиц жидкости становится болеб нр, л й , т .е . в лопаточном диффузоре резко уменьшается. Межлопаточный каш а диффузора расширяющийся (угол его расширения 8 ...IC P ). В каналах .^паточного Диффузора торможевхе потока осуществляется на более коротком пути движения час тицы жидкости, чем в безлооаточвом кольцевом диффузоре, воатоЦг при малых углах выхода струи из колеса гидравлические потери ч лопаточном диффузоре ыеяьшз, чем в беэлопаточвом кольцевом диф фузоре.
Лопаточный диффузор сложен в технологическом исполнении, но при его применении увеличиваются прочность и хеоткость кор пуса насоса, а также КПД в расчетной точке.
К о н и ч е о к и й д и ф ф у з о р (см. рис. 7) предназ начен для преобразования оставшегося динамического напора в ста-
тчвский. На его дол» приходитояЗО,. .2$ЦЬт динашчеокого напора, преобразуемого в отатичеокий в колесе насоса. Выполняется он в виде расширяющегося патрубка переменного сечения. Входное сечение его соответствует форме оечения спирального сборника, а выходное изготавливается, как правило, круглым, так как конический диффу зор непосредственно отымется с нагнетающим трубопроводом. Угол раскрытия диффузора 10 ...20°', Большие хглы раскрытия приводят к значительным потерям энергии. Для уменьшения потерь применяют отупенчатый конический диффузор.
В а л |
наооса предназначен для передачи кутящего момента |
|
от привода |
к насосу. На нем монтируются все |
вращающиеся части на |
оооа. Валы |
могут %JHTb цельными и раэъемными. |
Последние применяют |
в целях удобства монтажа и разгрузки подшипников наооса от осе вых сил. Разъемные валы ооединяютоя между собой реооорой (шлице вое соединение), которая передает крутящий момент, но исключает
передачу осевых сил о одного |
вала на другой. Вал, собранный вмео- |
||||||
те о вращающимися деталями, называется ротором. |
|
|
|||||
П о д ш и п н и к и |
служат в качестве опор ротора и для |
||||||
принятия нагрузок. По характеру нагрузки |
они могут быть радиаль |
||||||
ными, радиально-упорными |
и упорными. Первые воспринимают радиаль |
||||||
ные усилия (нормальные к геометрической оси насоса), вторые - |
|||||||
осевые (направленные вдоль оси наооса) и радиальные, третьи - |
|||||||
осевые. |
|
|
|
|
|
|
|
5. |
поновные параметры, |
характеризующие работу |
насоса |
||||
П р о и з в о д и т е л |
ь н о с ï ь |
- количество |
жидкооти, |
||||
подаваемой насосом в единицу |
времени (измеряется в |
объемных еди |
|||||
ницах: |
(irffyn, |
м3/о , л /о ). |
|
|
|
|
|
Н а п о р |
насоса (Н) определяется |
как приращение |
механи |
||||
ческой энергии каждого килограмма жидкооти, проходящей через |
|||||||
наооо, т .е . как разность |
энергий жидкооти на выходе |
из |
насоса |
||||
и при входе в |
него. Энергетике^ ая величина напора, |
отнесенная к |
|||||
единице массы жидкости, имеет линейную размерность (м). |
Напор |
||||||
можно рассматривать как высоту, на которую нужно поднять 1 кг жидкости за счет энергии, сообщаемой ей насооом. Согласно урав нению Бернулли
Н» ( ° , - Р , ) ! р * С с ^ - с ^ г ♦ ( * , - * « ) ,
здесь PjtPg - давление |
на |
входе в насос и выходе из него Н/м2 ; |
|||||
с 1»^2 * |
сК0Р°сти |
потока на |
входе в навое и выходе из |
i эго, м/с; |
|||
- |
отметки |
при входе |
в насос и выходе из него; |
у « аяо*- |
|||
нооть жидкости; |
кг/м3 ; |
у |
- ускорение оилы тяжести, м/с2* |
||||
М о щ н о с т ь |
насоса. Если через насос в |
единицу време |
|||||
ни перекачивается & |
кг жидкости, а |
приращение |
энергии каждого |
||||
килограмма жидкости равно |
напору Н, |
то полезное |
приращение энер |
||||
гии (W м # кВт), получаемое жидкостью в единицу времен
Л а * GH • Y Q H/to2.
Полезной мощностью насоса называется количество энергии, сообщаемой потоку жидкости, прошедшему через насос в течение одной секунды. Вследствие возникновения потерь в процессе пере
дачи энергии от насоса |
к жидкости (потери |
внутри насоса - гидрав |
|
лические, объемные, механические) мощнооть на валу со стороны |
|||
привода всегда больше |
полезной мощности: |
^ |
. |
Отношение полегной мощности насоса к потребляемой еоть |
|||
коэффициент полезного |
Действия насоса (КПД): |
|
|
|
|
|
2 * |
* Г<2 H / iOZ «М |
|
|
|
||
|
КПД характеризует степень совершенства конструкции и эконо |
||||||||
мичность работы насоса. Его |
величина отражает относительные по |
||||||||
тери мощности в самом насосе |
и выражается произведением |
^ |
53 |
||||||
2г |
2 „ |
7 , |
» ГДе |
£г “ гидравлический, |
ч т - маханичее^Я, |
||||
2 |
- |
объемный КПД насооа. |
|
|
|
|
|
||
* Гидравлический КОД учитывает |
потери в |
проточной части яасо- |
|||||||
са ( ikh, ) , ’т .е . направленные на |
преодоление гидравлических |
сопро |
|||||||
тивлений в |
корпусе подвода, |
рабочем кодесе и корпусе отводе: |
2 Г * |
||||||
И / |
Н |
|
» Н /Н т |
и представляет собой отношение дей^ввительно- |
|||||
го |
напора Н к теоретическому Нш . |
|
|
|
|||||
|
Объемный КПД - |
это потери производительности насоса nÿft |
|
||||||
утечках жидкооти на |
входе в |
насос или в атмосферу через |
зазоры |
||||||
в уплотнениях между рабочим колесом и корпусом, разгрузочные |
|
||||||||
отверотия |
и сальники |
насоса |
( д д ^ » ,). Энергия жидкости, |
воэвра- |
|||||
шахадейол в корпус подвода, при этом теряется, а потери называют ся объемными. Объемный КПД = Q /Q + ® / я т < представляет собой отношение действительной производительности наооса Q к теоретической Qn.»
Механический КПД характеризует потери мощности на механи ческое трение в насосе, подшипниках, сальниках L паружной повер хности ротора насоса о жидкооть (дисковое трение).
|
Величина КПД зависим от конструкции и степени износа насоса |
|||||||
и в среднем для центробежных насосов |
составляет |
0 ,6 ...0 ,7 , |
для |
|||||
наиболее |
совершенных центробежных и |
шнекоцентробежных насосов |
||||||
большой производительности |
- 0 ,9 3 ,,.0 ,9 5 * |
|
|
|
||||
|
Полный КПД насосной установки |
|
|
|
|
|||
|
|
" *Zf |
*Zpt %пау. %л*. ♦ |
|
|
|
|
|
где |
% |
- КПД передачи |
характеризует механические |
потери в пе |
||||
редаче от электродвигателя к насосу; |
£ - КОД двигателя |
определяй |
||||||
ет потери в двигателе. Установочная мощность двигателя |
|
|||||||
рассчитывается по величине |
о учетом возможных перегрузок |
|||||||
в момент цуска насоса, возникающих в свяги с преодолением инер |
||||||||
ции покоящейся массы жидкости: |
4 /^ W jt |
k где |
р |
- |
||||
коэффициент запаса мощности, который принимается в зависимости от мощности двигателя:
, кВт |
- Менее I |
I . . . 5 |
б,..5 0 . |
Более 60 |
Jb |
2 * ..1 ,5 |
1 ,5 .,.1 ,2 |
1 ,2 ..,1 ,1 6 |
1,1 |
6. Течение жидкости через |
рабочее колесо центробежного наоооа |
|||
Применим струйную теорию, согласно которой: |
|
|||
1) рабочее |
колесо имеет бесконечное число, лопаток; |
|||
2)все линии тока одинаковой формы, а лопатке представляют собой отрезки .линий тока, следовательно, линии тока оовпадвютс контурами лопаток, и поток на входе в колесо и после вывода ев него будет равномерным; жидкость перемещается только по профилю лопатки;
3)скорость жидкости по окружности заданною радиуса рабо-
'чего колеса постоянна, т .е , течение ооесимметрячное;
4)движение жидкости установившееся;
5)хидкооть идеальная.
Исходя из предпосылок струйной теории, рассмотрим планы скьроотей дня характерных сечений центробежного колеса. Для этого центробежное колесо изобразим в виде радиальной проекции (а) (меридиональ; 'е сечение) и в плане (б ), (рис. 8 ).
Меридиональным называется сечение, которое образуется в ре зультате сечения рабочего колеса плоскостью, проходящей через ось колг J- и расематризаег<ую точтдг.
Поое д^я |
в плане (плоская решетив) получается в результате |
сечения |
решетки поверхностью* проходящей через среднюю |
Рис. |
8 . Построение |
треугольника скоростей 'ядкости в межло- |
||
паточном |
канале рабочего |
колеса: u 1,u - ,u t _ окружная (перекосная) |
||
окгрость |
жидкости соответственно |
на |
входе в рабочее'колесо, в |
|
меклопаточном канале я на выходе |
нэ |
колеса; W,, w , w t - относи |
||
тельная скорость жидкости на входе в колесо, в меклопаточном ка
нале |
н на выходе на рабочего |
колеса; Сг - меридиональная |
(рас |
|
ходная) скорость жидкости в |
меклопаточном канале; с |
- абсолот- |
||
ная |
скорость жидкости в меклопаточном канале колеоа; |
c w - |
окруж |
|
ная составлявшая абсолютной скорости в меклопаточном каноле коле са; f i - угол между относительной скоростью в отрицательном направлением переносной скорости жидкости в меклгчаточн'ш хавала;
fi,t , |
- углы установки лопатки на входе |
в рабочее колесе |
< зы- |
|||||
ходе на |
него; t f , t , |
t , - радиусы на входе в |
рабочее |
«следе, |
рас |
|||
сматриваемой точки межлопаточного канала, и на выходе из колеса |
||||||||
соответственно; |
8 , |
К - |
ширина рабочего |
колеоа |
на |
входе, |
|
|
внутри мевдопаточного |
канала |
и на выходе; |
fc«, t 9t t |
- |
шаг решет |
|||
ки на входа в рабочее колеоо, внутри меллопаточаого канала и на
выходе из колеоа; .АД - средняя линия |
тока; I - входной, 2 * выход |
ной фронты решетки |
|
линию ю к а, с последующей разверткой |
этой поверхности на ш оо* |
кость, перпендикулярную к оси вращения. При этом образуется плодкая круговая (радиальная) решетка с конечным числом профилей.
Рассмотрим основные геометр**ческие параметры решат::* и про- [Фил лопатки рабочего колеса (рис. 8 ,9 ).
На профиле будем различать спинку (выпуклую сторону) 2 , ко* рыто (вогнутую сторону) 3, переднюю (входную) кромку I и заднюю
(выходную) кромку 5. Центры окружностей, вписанные в профиль,
образуют среднюю линию профиля. Любая точна профиля |
задается |
двумя координатами ас и у . Прямая, соединяющая |
концы сред- |
Рио. 9. Ос новные параметры профиля лопатки рабочего колеса
ней линии входной в выходной кромок, называется хордой профиля £ .
Диаметр |
С„,аж 9 наибольшей из впиоанных в профиль окруж- |
|
ноотей, называют толщиной профиля. Входные и выходные кромки |
||
профиля могут выполняться скругленными (радиусы |
ХА и гл ) или |
|
острыми. |
Окружнооть, проходящая через крайние |
точки входных |
кромок, называется входным фронтом круговой решетки (см. рис* 8 ). Окружность, проходящая через крайние точки выходных хфомок, на зывается выходным фронтом круговой решетки. ’Расстояние по фрон ту между соответствующими точками соседних профилей (лопаток) на зывается шагом решетки.
Для исследования скорости течения потока важную роль игра ют углы установок лопаток. Угол между касательной к лопатке (к средней линий) при входе в колесо и касательной к окружности на.
заданном радиусе ( |
) , направленный в сторону. обратную его враще |
|
нию ( - и д называется углом установки лопатки на |
входе в колеоо |
|
и обозначается |
(см. рис. 8 ). |
|
Угол между к нательной к лопатке при выходе из колеоа и ка |
||
сательной к окружности на заданном радиусе ( l 2 )t |
направленный в |
|
сторону обратную вращению ( -i^ ) » называется углом установки ло
патки л выходе из колеса |
и обозначается |
. |
Ьч-д шириной рабочего |
колеса будем понимать ширину проход |
|
ного речения в меридиональной плоскооти, условно определяемой диаметром окружности, вписанной между передней и задней стенка-
га рабочего |
|
колеса |
( 6, |
, |
6 |
, { , , (см. рве. 8 ), |
|
|
||||||
|
Пользуясь |
дофпенвягя струйной теории, раосмэтр**м текшие |
||||||||||||
жидкости через рабочее колесо. Частицы жидкости из корпуса под |
||||||||||||||
вода движутся о расходной окорооты» (она же абсолютная и пере |
||||||||||||||
носная) . Поступая на лопатки |
колеоа. жидкость получает |
сложное |
||||||||||||
движение. Чаотицн жидкости в канале рабочего колеса насоса дви |
||||||||||||||
жутся: I . Вместе о рабочим колесом, |
совершая переносное движение |
|||||||||||||
(окружная линейная |
скорость |
( и ) , ваправлеввое в сторону его |
||||||||||||
врашеши по нормам, проведенной через рассматриваемую точадг к |
||||||||||||||
радаусу колеоа, проходящего через данную точф ) |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
Оt |
u ^ R , |
|
|
|
|
|
(I) |
|||
где |
иг |
- |
угловая |
одерость запен ил рабочего холеса, |
С |
|||||||||
|
R - |
р а д о в |
рабочего колеоа, |
м. |
|
|
|
|||||||
|
2 , Относительно рабочего колеоа о относительной скоростью |
|||||||||||||
W , 'направленной по касательной к проявлю лопатки. |
|
|||||||||||||
|
3 . Относительно веподвкжного корцуса насоса, сумма относи |
|||||||||||||
тельного и перенооного двкжевжя дает абсолютное движение жид |
||||||||||||||
кости) , |
|
|
скорость абоолютвого д вп евкя жидкости |
С |
(абсолют |
|||||||||
ная |
скорость) |
р а м а |
геометрической сумм окороти |
жидкооти оти»- |
||||||||||
сительво лопаток колеса |
W |
(относительная окорооть) |
и окрум ой |
|||||||||||
скорости |
*lt |
(перенэовая схорооть) рабочего колеся |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
С я |
U |
♦ v J |
, |
|
|
W |
|||
т .е . скорости |
С |
, |
W |
и |
I t |
образуют треугольник скоростей. |
||||||||
|
Не рво. 8 , б изобрела» сложение окоростей для произволь |
|||||||||||||
ной течки внутри мвхюпаточяого канала рабочего колеоа. |
||||||||||||||
|
Абсолютную окорооть жидкости |
С можно разложить на две |
||||||||||||
взаимю перпендикулярные аоотаыдание: |
|
(з) |
||||||||||||
|
|
с » |
си, * |
cv |
|
|
|
|
, |
|
||||
где |
С м |
- |
окружная составлявшая абсолютной окорэсти; Ст - ради |
|||||||||||
альная составлявшая абсолютной окорооти (расходная). Ори атом про
филь будет дополнительно характеризоваться: |
eL |
- угол между |
|||
направлением абсолютной |
С в переносной XL |
скоростями жидаоо- |
|||
ти, град; р |
- угол |
между относительной скоростью W |
и о г - |
||
рплательным направлением переносной скорости |
%L |
жидкости, |
ьрад. |
||
7. Построение теоретического треугольника скоростей
|
движения жидкости на входе в рабочее колесо |
||
|
Прежде чем иипаоть на входные кромки колеоа,частица жидкос |
||
ти |
проходит через корпус подвода, в котором движете.* и расход |
||
ной |
окороотью |
Сьс.д а Q / |
F . |
Проходя через |
меридиональное |
сечение рабочего колеса, поток ус |
|
коряется из-за стеснения его телом лопаток* Учитывается это кооф-
фициентом стеснения потока на входе в рабочее |
колесо ( К |
|
« |
||||||
1 .0 5 ...1 ,2 ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Меридиональная скорость |
(расходная) на входе |
в рабочее |
коле- |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
диаметр |
начала входных кромок рабочего |
колеса, u t |
; |
&i |
- ширина рабоче |
|||||
го колеса на входе, .м; |
2 а |
* |
объемный КПД насоса. |
|
|
||||
В дальнейшем примем, что для радиальной машины меридиональ |
|||||||||
ная вставляющая |
скорость направлена по радиусу ^рабочего |
колес |
|||||||
и численно равна радиальной составляющей скорости |
( |
= |
С%1 ) , |
||||||
а для осевой машины она |
направле i по оси |
и равна |
осевой |
скорос |
|||||
ти ( Ст< - |
)., Принятые допущения значительно упрощают постро |
||||||||
ения треугольников скоростей на входе в колесо и выходе из него. Величина окружной составляющей абсолютной скорости жидкости
(характеризующая закрутку жидкости на входе) определяется из предварительных гидравлических расчетов тех рабочих органов, ко торые расположены перед входом в рабочее колесо наооод. Ими мо гут быть специальные корпуса подвода (кроме осевого), обратные каналы направляющего аппарата промежуточны-: ступеней многосту пенчатых секционных насосов, специальные входные направляющие аппараты, предвключенкое (находящееся на одном валу с основным наообом) шнековое (с евое) колесо, а также тангенциальная предкрутка жидкости.
На входе в рабочее колесо 8< .рутка жидкости может отсутство вать \в осевом корпусе подвода, Cilf = 0) или быть с Ак 4 о, при этом она направлена в сторону вращения (положительная) и против вращения (отрицательн ч) рабочего колеса.
Закрутка потока применяется с целью улучшения антивавитационных свойств насоса. Закрутка в сторону вращения рабочего коле-
оа .споообстЕует увеяячеш т высоты всасывания жидкости наоосоы,
против вращения колеса - |
увеличению напоре. Последняя Использу |
||||||||||||
ется в многоступенчатых секционных насооах при перег^ске кид- |
|||||||||||||
кости с первой ступени на последующие* |
|
|
|
|
|
||||||||
Величина окружной |
(переносной) скорости жидкости определя |
||||||||||||
ется по формуле ( I ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Таким образом* |
зная |
величины и направления |
Сг< , |
C<tt |
, о., |
||||||||
и используя векторные |
соотношения |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
W* |
|
Я , |
|
|
|
|
|
|
|
(5) |
|
|
С* - |
С |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
||
отроим треугольники скороотей на входе в рабочее колесо |
насоса |
||||||||||||
и нахо/лм величины и направления относительной |
онорооти |
W« , |
|||||||||||
абсолютной скорости |
С4 |
и величину угла i-еяду абсолютной ско |
|||||||||||
ростью на входе в колесо |
и переносной скоростью жидкости |
и 4 |
|||||||||||
(рис. I 0 t |
а)* |
|
|
|
|
|
|
|
' |
|
|
|
|
Уход потока на входе в рабочее колесо определяется по фор- |
|||||||||||||
делам: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а) при отсутствии закрутки жидкости |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
* огг^т t j |
|
/< а*\ |
^ |
|
|
|
|
(6) |
||
б) при наличии положительной закрутки (в сторону вращения |
|||||||||||||
рабочего |
колеса) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р \ |
* |
|
|
с %4 / ( Ч |
- |
) ; |
|
|
|
(7) |
|
в) при наличии отрицательной завдутки (в сторону, обрат |
|||||||||||||
ную ращению рабочего |
колеса) |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
- < r t o É f |
Cti /( - U i |
+ <м« ). |
|
|
|
^ |
||||
Углом потока |
fbn |
называетсяVroüs, |
образованный направле |
||||||||||
нием относительной |
скорости, жидкости |
Wi |
на входе в рабочее |
||||||||||
колессг и обратным, направлением окружной |
(перенооной) |
скорости |
|||||||||||
жидкости |
U f |
на входе. |
По направлению угол потока не |
совпа |
|||||||||
дает о углом установки лопатки |
на в: оде в колесо |
|
9 |
а по ве |
|||||||||
личине меньше |
его. на |
3 .. Д 2 ° . |
Это делается для |
того, |
чтобы вход |
||||||||
ной элемент лопатки насоса не работал о отрицательными углаш атаки, что возможно при переходе наоооа о одного режима рабо^т на другой. Опыт показывает, что КПД наоооа и высота, на которую насос
опоообен засосать жидкость, не уменьшаются, а |
наоборот несколько |
увеличиваются при положительных углах атаки ( |
L = 3««е12°). |
|
r t c . |
10. Поотровннe |
треуго ъвикое икороствй жидкости на входе |
||
в pi' очее |
колесо. Закрухка на |
входа в колесо: а) отсутствует |
|||
(С)н=0); б) есть ( Си ^0) |
в направлена в оторону вращения рабо- |
||||
чого |
колеса} в) |
есть, ( |
0) |
к направлена в сторону, обратную |
|
вреде |
нею рабочего |
колеса; |
I - |
профиль лопатки; t« - радиуо начала |
|