Центробежные насосы. Принцип действия и типы насосов
 Скачать 96.05 Kb.
|
|
Центробежные насосы Центробежные насосы- вид динамических насосов , в которых избыточное давление (напор) создается за счет вращения жидкости. Основной рабочий орган центробежного насоса - быстро вращающееся в неподвижном корпусе колесо. Принцип действия и типы насосов.  В центробежных насосах всасывание и нагнетание жидкости происходит равномерно и непрерывно под действием центробежной силы, возникающей при вращении рабочего колеса с лопатками, заключенного в спиралеобразном корпусе.В одноступенчатом центробежном насосе (рисунок 1) жидкость из всасывающего трубопровода 1 поступает вдоль оси рабочего колеса 2 в корпус насоса 3, и попадая на лопатке 4, приобретает вращательное движение. Центробежная сила отбрасывает жидкость в канал переменного сечения между корпусом и рабочим колесом, в котором скорость жидкости уменьшается до значения равного скорости в нагнетательном трубопроводе 5. При этом, происходит преобразование кинетической энергии потока жидкости в статический напор , что обеспечивает повышение давления жидкости. На входе в колесо создается пониженное давление, и жидкость из приемной емкости непрерывно поступает в насос. Давление, развиваемое центробежным насосом, зависит от скорости вращения рабочего колеса. Вследствие значительных зазоров между колесом и корпусом насоса разрежение, возникающее при вращении колеса, недостаточно для подъёма жидкости по всасывающему трубопроводу, если он и корпус насоса не залиты жидкостью. Потому перед пуском центробежный насос заливают перекачиваемой жидкостью. Для того, чтобы жидкость не выливалась из насоса при остановках, на конец всасывающей трубы устанавливается обратный клапан. Порой напора создаваемого одноступенчатым центробежном насосом может не хватать. Потому для создания более высоких напором применяют многоступенчатые насосы (Рисунок 2) имеющие несколько рабочих колес 1 в общем корпусе 2, расположенных последовательно на одном валу 3.Жидкость, выходящая из первого колеса, поступает по специальному отводному каналу 4 в корпусе насоса во второе колесо (где ей сообщается дополнительная энергия), из второго колеса в третье и т.д. Таким образом можно считать, что напор такого насоса будет равен напору одного колеса умноженного на кол-во колёс. Основное уравнение центробежных машин Эйлера. В каналах между лопатками рабочего колеса жидкость, двигаясь вдоль лопаток, одновременно совершает вращательное движение вместе с колесом. Определим полный напор, развиваемый рабочим колесом при перекачивании идеальной жидкости. Допустим, что колесо неподвижно, а жидкость движется по каналам между лопатками с той же относительной скоростью, что и во вращающемся колесе. Абсолютные скорости движения дикости на входе в колесо c1 и на выходе из колеса с2 являются каждая геометрической суммой относительной и окружной скоростей, поэтому их можно разложить (Рисунок 2) на относительные составляющие w1 и w2 ( направление вдоль лопаток) и окружные составляющие u1 и u2 (направленные по касательной к окружности вращения). Принимая за плоскость сравнения плоскость рабочего колеса, составим баланс энергии жидкости при прохождении ее через колесо по уравнению Бернулли (при условии z1=z2)   При вращении колеса жидкость на выходе приобретает дополнительную энергию А, равную работе центробежной силы на пути длинной r1-r2.Тогда  (1)Если рабочее колесо вращается с угловой скоростью w, то центробежная сила C, действующая на частицу жидкости массой m, равна  где G-вес частицы; r-текущий радиус вращения частицы. Работа AG выразится уравнением  Удельная работа, отнесенная к единице веса жидкости, равна удельной энергии, приобретаемой жидкостью в насосе, поэтому  Подставляя это выражение в уравнение (1)   (2)В соответствии с уравнением Бернулли напоры жидкости на входе во вращающееся колесо H1 и выходе из него H2 составят   Теоретический напор Hx насоса равен разности напоров на входе в колесо и выходе из него:  Подставив выражение для  из уравнения (2), получим  (3)Из параллелограммов скоростей на входе в колесо и выходе из него (см. Рисунок 2)   Тогда уравнение (3) запишется в виде  (4)Уравнение (4) называется основным уравнением центробежных машин и может быть применено к расчету всех центробежных машин. Оно верно в том случае, когда все частицы жидкости движутся в насосе по подобным траекториям. Это возможно лишь при условии , что рабочее колесо имеет бесконечно большое кол-во лопаток и сечение канала для прохода жидкости невелико. В случае если угол между абсолютным значением скорости жидкости на входе в рабочее колесо и окружной скоростью равен 900 ( что соответствует условию безударного ввода жидкости в колесо), уравнение (4) упрощается:  Действительный напор насоса меньше теоретического, так как часть энергии жидкости расходуется на преодоление гидравлических сопротивлений внутри насоса и жидкость в нем при конечном числе лопаток не движется по подобным траекториям. Действительный напор составляет  где  – гидравлический КПД насоса, равный 0.8-0.95;  -коэффициент, учитывающий конечное число лопаток в насосе, равный 0,6-0,8.Значительные потери напора, возникающие в центробежном насосе, обуславливают снижение его общего КПД. Производительность центробежного насоса Q соответствует расходу жидкости через каналы b1 и b2 между лопатками рабочего колеса (см. Рисунок 2)  где  -толщина лопаток;z-число лопаток; b1 и b2- ширина рабочего колеса на внутренней и внешней окружностях соответственно; c1r и c2r – радиальные составляющие абсолютных скоростей на входе в колесо и выходе из него ( = )Для уменьшения гидравлических потерь на входе жидкости в рабочее колесо скорость принимают равной скорости жидкости во всасывающем трубопроводе. |