ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ НАСОС (ЦН)
Центробежным насосом называется лопастной насос в котором жидкая среда перемещается через рабочее колесо от центра к периферии.
Конструкция:
Основным элементом ЦН является рабочее колесо (РК) которое непосредственно передает энергию приводного двигателя перекачиваемой жидкости. Оно состоит из переднего и заднего дисков между которыми установлены рабочие лопатки. Задний диск имеет ступицу с помощью которой рабочее колесо крепится на валу насоса. Также имеется входная воронка.
Принцип действия:
Необходимое условие-перед пуском насоса РК необходимо заполнить перекачиваемой жидкостью. После пуска приводного двигателя будет вращать-ся вал и закрепленное на нем рабочее колесо с некоторой угловой скоростью. С такой же скоро-стью будут вращаться частицы жидкости находя-щиеся в межлопаточных каналах рабочего колеса. При этом частицы жидкости будут испытывать дей-ствие центробежных сил, которые вызовут переме-щение этих частиц в направлении радиуса колеса – от центра к периферии. На место частиц жидкости, ушедших из межлопаточных каналов рабочего колеса, будут поступать новые частицы из подводящего трубопровода насоса и процесс будет продолжаться.
На выходе из рабочего колеса скорость жидкости составляет (30-70 м/с), что значительно превосходит ту величину, которая допустима при движении ее в трубопроводе (1,5 – 5,0 м/с).
ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ЦН
Задачей теории лопастных насосов является исследование энергообмена и сил взаимодействия между рабочим колесом и потоком жидкости.
Наиболее распространенной теорией ЦН является СТРУЙНАЯ теория
Струйная теория делает допущения:
• Перекачиваемая жидкость идеальная;
• Рабочее колесо имеет бесконечно большое число бесконечно тонких лопаток, т.е. сложное, несимметричное движение реальной жидкости в каналах РК заменяется бесконечно большим числом одинаковых элементарных струек идеальной жидкости.
Следовательно:
• потери энергии при движении жидкости отсутствуют;
• траектория движения частиц жидкости совпадает с контуром лопаток;
• скорости потока в любой точке данного кругового сечения РК одинаковы
Переносное движение жидкости – это вращательное движение ее вместе с рабочим колесом. Вектор переносной (окружной) скорости u направлен по касательной к окружности РК в сторону его вращения.
Относительное движение – это движение жидкости вдоль лопатки, т.е. движение, которое можно было бы наблюдать, участвуя в переносном движении. Вектор относительной скорости w направлен по касательной к рабочей лопатке от центра к периферии.
Абсолютное движение жидкости есть сумма первых двух движений: переносного и относительного. Величина и направление вектора скорости абсолютно-го движения с будет определяться суммой векто-ров переносного и относительного движения.
Векторы скоростей, которые относятся к части-цам жидкости в момент вступления ее на входные кромки лопаток РК, принято обозначать индексом 1 (u1,w1,c1), а векторы скоростей, соответствующие моменту схода частиц жидкости с выходных кромок лопаток,- индексов 2 (u2,w2,c2).
Угол, образованный вектором абсолютной скорости с и вектором переносной скорости u, принято обозначать α (α1, α2) а угол, образованный вектором относительной скорости и обратным направлением вектора переносной скорости,- через β (β1, β2).
. Проекция вектора абсолютной скорости С на направление вектора окружной скорости U, т.е.на касательную к окружности РК, называется окружной, или тангенциальной составляющей абсолютной скорости (с1u,c2u), проекция вектора С на радиус окружности рабочего колеса называется радиальной, или меридиональной составляющей абсолютной скорости (с1m, c2m).
удобно пользоваться элементами векторных треугольников скоростей на входе в рабочее колесо -∆А1, В1, С1 и на выходе - ∆А2, В2, С2.
АНАЛИЗ ОСНОВНОГО УРАВНЕНИЯ ЦН
Увеличить напор ЦН можно:
Конструктивные элементы РК целесообразно выби-рать из условий получения большего напора. С этой целью форму профиля входных участков рабочих лопаток выбирают такой, чтобы на расчетном режиме работы насоса обеспечивать радиальное направление скорости С1. В этом случае α1=90º, а С1u=0 и тогда HTбеск=u2*c2U/g
При рассматриваемых условиях будет обеспечивать-ся безударный вход жидкости на рабочие лопатки.
Векторный треугольник скоростей на входе в РК для безударного входа будет выглядеть:
Так как U2=пи*R2*n/30
То уравнение (1) можно переписать в виде
Нтбеск=(пи/30g) *R2*n*C 2u
Из анализа уравнения (2) следует, что напор Нт∞, можно увеличить за счет увеличения R2 (D2), n и C2u
Однако:
–увеличение R2 (D2) приведет к увеличению массо-габаритных параметров насоса;
увеличение n может привести к кавитации насоса;
C 2u это функция абсолютной скорости и увеличение ее ведет к увеличению гидравлических потерь в насосе.
ВТОРАЯ ФОРМА ОСНОВНОГО УРАВНЕНИЯ ЦН
Применяя теорему косинусов и первую форму основного уравнения получаем:
Нтбеск=с2кв-с1кв/2g+ U2кв-U1кв/2g ++*W @@@1я дин остал приращение дел
зависимость между динамической и статической составляющей напора. При прохождение жидкости через рабочее колесо повышается ее кинетическая и потенциальная энергия.
Приращение кинетической энергии или динамиче-ской составляющей напора рабочего колеса опреде-ляется выражением
Приращение потенциальной энергии жидкости (приращение давления) или статическая составляю-щая напора рабочего колеса выглядит
Здесь первое слагаемое выражает работу центробе-жных сил, а второе – показывает повышение давле-ния за счет торможения потока в относительном дви-жении.
Для получения оптимальной величины КПД насоса соотношение между составляющими напора должно находиться в пределах:
Нт∞ ст= (0,7 – 0,8)Нт∞
Нт∞ дин = (0,2 – 0,3)Нт∞