Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лекция 11

.docx
Скачиваний:
49
Добавлен:
24.03.2015
Размер:
25.14 Кб
Скачать

7

Лекция 11.

Центробежные насосы (ц.н.)

В соответствии с приведенной ранее классификацией насосов центробежные насосы относятся к лопастным.

Классификация лопастных насосов по направлению потока жидкости в рабочем колесе.

а) радиальные или центробежные, в которых жидкость поступает в рабочее колесо в осевом направлении, а выходит в радиальном (см. рис.);

Рис. К классификации лопастных насосов.

б) осевые или пропеллерные, в которых жидкость входит в рабочее колесо и выходит из него в осевом направлении;

в) диагональные, в которых лопатки рабочего колеса сообщают жидкости движение под некоторым углом к оси насоса, отличающимся от прямого.

Классификация ц.н. по числу колес.

а) одноколесные одноступенчатые:

б) многоколесные – многоступенчатые, необходимые для создания большого напора при заданной производительности.

Классификация ц.н. по создаваемому напору.

а) низконапорные – до 20 м вод. ст.;

б) средненапорные – от 20 до 60 м вод. ст.;

в) высоконапорные – более 60 м вод. ст.

Принцип действия центробежного насоса.

Основными частями ц.н. являются: рабочее колесо, насаженное на вал; улиткообразный корпус; всасывающий и нагнетательный патрубки, соединяющие насос с трубопроводами.

Перед пуском насос и всасывающий трубопровод заполняют перекачиваемой жидкостью. При вращении рабочего колеса жидкость под действием центробежной силы непрерывно движется между изогнутыми лопатками от центра колеса к периферии и выбрасываются в окружающую колесо улиткообразную камеру. Лопатки колеса передают жидкости энергию, получаемую насосом от двигателя. Жидкость, пройдя по каналам рабочего колеса, приобретает большее давление и большую скорость, т.е. обладает на выходе из рабочего колеса большим запасом потенциальной и кинетической энергии. В улиткообразной камере, сечение которой непрерывно увеличивается по направлению вращения рабочего колеса, кинетическая энергия частично преобразуется в потенциальную энергию давления, тем самым еще больше увеличивается потенциальная составляющая напора. Таким образом, поток жидкости в рабочем колесе насоса представляет собой неоднородное поле давлений: на входном участке рабочего колеса давление будет меньше атмосферного (разряжение), на выходном – больше атмосферного (избыточное давление). В результате этого жидкость по всасывающему трубопроводу непрерывно поступает в осевом направлении в рабочее колесо и непрерывно отводится под избыточным давлением из корпуса в нагнетательный трубопровод.

На нижнем конце всасывающего трубопровода устанавливают решетку и приемный клапан, необходимые для задержании механических примесей, взвешенных в жидкости, и для удержании жидкости в насосе и во всасывающем трубопроводе перед пуском или при остановке.

Рис. Схема одноступенчатого центробежного насоса.

Планы скоростей на входе и выходе рабочего колеса.

На рисунке показаны планы скоростей на входе и выходе рабочего колеса.

Рис. Планы скоростей рабочего колеса.

- окружные скорости движения жидкости ( , где - радиусы внутренней и наружной окружностей рабочего колеса; - угловая скорость вращения рабочего колеса); направление этих скоростей совпадает с касательными к внутренней и наружной окружностям рабочего колеса

- относительные скорости движения жидкости при входе на лопатку и на выходе с лопатки; направление этих скоростей совпадает с касательными к лопатке в т.т. входа и выхода.

– абсолютные скорости жидкости на входе и на выходе с лопатки рабочего колеса; определяются по соответствующим планам скоростей.

– углы между векторами скоростей: абсолютных и окружных.

- конструктивные углы на входе и выходе.

Основное уравнение центробежного насоса.

Вывод основного уравнения центробежного насоса базируется на известной теореме механики: «изменение момента количества движения системы равно моменту равнодействующей внешних сил, приложенной к системе».

Основные допущения вывода:

а) траектория каждой частицы жидкости повторяет конфигурацию лопатки рабочего колеса, что возможно, если число лопаток бесконечно;

б) отсутствуют потери на трение при движении жидкости в каналах рабочего колеса.

Момент количества движения системы (потока жидкости) на входе в рабочее колесо

, где - массовый расход жидкости; – плечо момента количества движения на входе в рабочее колесо, равное .

Момент количества движения системы (потока жидкости) на выходе из рабочего колеса

, где - массовый расход жидкости; – плечо момента количества движения на выходе из рабочего колеса, равное .

Изменение момента количества движения системы равно вращающему моменту от двигателя

.

Умножив обе части уравнения на угловую скорость вращения рабочего колеса , получим

, или

, где – мощность, переданная жидкости от электродвигателя с помощью лопаток рабочего колеса; в свою очередь . Отсюда получаем одну из форм записи основного уравнения ц.н.

При безударном входе жидкости в рабочее колесо угол. Тогда другая форма записи основного уравнения ц.н., соответствующая максимальному теоретическому напору, будет иметь вид

Реальный напор насоса отличается от теоретического на величину гидравлического кпд который учитывает не только собственно потери на трение в каналах рабочего колеса, но и конечное число лопаток рабочего колеса

Производительность центробежного насоса.

Производительность ц.н. может быть рассчитана по уравнению расхода . Под понимают сечение рабочего колеса на выходе с учетом наличия лопаток рабочего колеса, т.е. , где - полное сечение рабочего колеса на выходе, равное , где - диаметр рабочего колеса, равный - ширина лопатки на выходе(см. рис.); - часть выходного сечения рабочего колеса, занятая лопатками и равная , где - количество лопаток, - толщина лопатки. Таким образом, . После преобразований

, где - коэффициент, учитывающий стеснение потока лопатками.

Рис. К расчету производительности центробежного насоса.

Под понимают радиальную составляющую абсолютной скорости жидкости на выходе из рабочего колеса (см. рис.), равную

Следовательно, теоретическая производительность центробежного насоса равна

.

Реальная производительность меньше теоретической и равна

, где - коэффициент подачи, учитывающий переток жидкости из зон нагнетания в зоны всасывания (0,95 – 0,98).

Теоретическая частная характеристика центробежного насоса.

Для отыскания теоретической зависимости в явной форме воспользуемся расчетными уравнениями теоретического напора и теоретической производительности:

Выразим сомножитель правой части уравнения теоретического напора как функцию теоретического расхода, используя план скоростей на выходе из рабочего колеса ц.н. и уравнение теоретического расхода. Согласно рис. (см. рис.)

Рис. К выводу уравнения теоретической характеристики ц.н.

, где может быть найдено из выражения для : , т.е. , но из уравнения теоретического расхода, следовательно , а . В результате подстановки получаем уравнение теоретической характеристики в виде ,

или Это уравнение прямой в координатах так как все величины, представленные в правой части полученного выражения, имеют фиксированные значения для конкретного ц.н., кроме VT, а само уравнение может быть записано в упрощенной форме в виде где: ,

Графическая интерпретация уравнения теоретической характеристики ц.н. представлена на рисунке (см. рис.).

Рис. Графическая интерпретация теоретической характеристики ц.н. для различных значений конструктивного угла .

Соседние файлы в предмете Процессы и аппараты химической технологии