Основи лопатевих насосів
Процеси, що відбуваються в лопатевих насосах, в зв'язку з їх надзвичайною складністю не піддаються достатньому задовільного теоретичного опису, тому неможливо отримати розрахункові формули теоретичним способом.
При проектуванні нових насосів широко використовують так звані формули подібності, отримані на основі теорії подібності гідравлічних явищ.
В основу теорії подібності гідравлічних явищ покладені умови геометричного, кінематичного і динамічного подоби.
Для лопатевих насосів умова геометричної подоби означає пропорційність всіх подібних геометричних розмірів проточної частини, а також рівність конструктивних кутів лопаток і однакове їх число:
,
де - Розміри, кути і число лопаток натурного насоса;
- То ж для модельного насоса;
- Коефіцієнт геометричної подоби, масштаб моделювання.
Кинематическое подобу має місце, якщо відносини швидкостей, прикладених в подібних точках, рівні. Звідси випливає подобу трикутників швидкостей в подібних точках натурного і модельного насосів (рисунок 3.18).
малюнок 3.18
З подоби трикутників слід:
;
,
де - Масштаб кінематичного подоби.
Умовою динамічного подоби є пропорційність всіх сил, прикладених в подібних точках натурного і модельного насосів. Для гідромеханічного процесу в лопатевих насосах превалюють силами є інерційні сили і сили:
, .
Лопатеві насоси зазвичай працюють при значних числах , І вплив сил в'язкості на потік зменшується.
Критерій Ейлера буде зберігатися постійним, якщо насос працює на одному режимі (р = const).
З умови подібності встановлюється зв'язок між основними показниками роботи натурного і модельного насоса, що працюють на однакових режимах, які визначаються ККД насоса.
Розглянемо подачу насоса.
Для натурного насоса подача складе . для моделі . нехтуємо різницею и , Порівняємо подачі насосів:
.
З умови геометричного і кінематичного подоби маємо:
и , Тобто або .
З отриманих рівнянь випливає
.
безрозмірний комплекс називається коефіцієнтом подачі.
Напір насоса може бути представлений формулою Ейлера з урахуванням кінцевого числа лопаток k і гідравлічних втрат:
.
беручи однаковими для натурного насоса і моделі, встановлюють співвідношення напорів:
або .
Отримана формула дає можливість отримати безрозмірний комплекс, званий коефіцієнтом напору:
.
Помноживши числители співвідношень на g, отримуємо .
Потужності натурного насоса і моделі відносяться між собою наступним чином:
,
де - Внутрішнє ККД насосів.
Однакові режими роботи припускають сталість внутрішніх ККД , Тоді при виходить співвідношення
або .
Все лопатеві насоси прийнято ділити по геометричним формам на кілька груп. Кожна група подібних насосів, або, як її називають, серія подібних насосів, має загальний масштаб моделювання.
Серію подібних насосів характеризує однаковий для всіх насосів коефіцієнт швидкохідності. Насоси з рівними не обов'язково подібні, тому що у формулі для не містяться вимоги геометричної подоби.
За величиною можна судити про конструкції робочого колеса.
У таблиці 3.1 наводяться меридіональні перетину робочих коліс, що мають різні , Співвідношення діаметрів колеса і вхідного патрубка.
при малих колеса тихохідні, межлопаточную канал колеса вузький і довгий. Зі збільшенням канал ширшає, діаметри входу і виходу зближуються між собою, потік рідини змінює свій напрямок. Так, в відцентрових насосах потік переміщується перпендикулярно осі вала (колесо радіальне), в діагональному насосі потік рухається по похилій до осі, в осьовому насосі - паралельно осі вала.
Значення коефіцієнта швидкохідності можна оцінити таким чином.
1 При одному і тому ж числі оборотів вала насоса збільшення свідчить про збільшення подачі і зменшенні напору насоса.
2 Тихохідні колеса служать для створення великих напорів, колеса з великими - Для створення великої подачі.
3 У відцентрових насосів загальний ККД змінюється в залежності від (Рисунок 3.19).
Таблиця 3.1
| види коліс | відцентрові насоси | Колесо діагонального насоса | Колесо осьового насоса | ||
| тихохідні | нормальні | швидкохідні | |||
| 40-80 | 80-150 | 150-300 | 300-600 | 600-1200 | |
| форма колеса | |||||
| D2/ D0 | 2,5 | 1,8-1,4 | 1,2-1,1 | 0,8 |
малюнок 3.19
Найбільш вигідно виконувати насоси з = 90-300. Тихохідні колеса мають низький ККД за рахунок великих гідравлічних втрат в каналах робочих коліс.
4 Насоси з різними коефіцієнтами швидкохідності мають особливості в формі робочих характеристик.
Для порівняння зручно скористатися відносними характеристиками, які відрізняються тим, що всі показники роботи насосів (незалежно від їх коефіцієнта швидкохідності) взяті щодо оптимального режиму, прийнятого за одиницю (або за 100% - процентні характеристики).
Такі характеристики для насосів з різними представлені на малюнку 3.20 (а, б, в).
малюнок 3.20
З малюнків 3.20, а, б видно, що зі збільшенням характеристики напору і потужності стають все більш крутопадающими, а з малюнка 3.20, в слід, що робоча зона, відповідна роботі насосів при високих ККД, звужується.
Коефіцієнт швидкохідності характеризує завжди одне робоче колесо, тому ns в багатоступеневих насосах визначається для одного ступеня (весь натиск насоса ділиться на число ступенів). У разі, якщо насос має колесо з двостороннім підведенням рідини, це рівносильно двом паралельно працюють колесам, тому при підрахунку коефіцієнта швидкохідності подача береться вдвічі менше (Q / 2).
Комментариев нет:
Отправить комментарий