ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ.

Все центробежные насосы классифицируются по следую­щим признакам:

Коэффициентом быстроходности п_s, называется частота вращения колеса модельного насоса, геометрически подобного оригиналу, соз­дающего напор в 1 м при подаче 75 л/с и потребляющего при этом мощ­ность в 0,736 кВт при наивысшем кпд.

Рис.27. Схемы соединения колес центробежного насоса; а, д – последовательное; б - параллельное; в - смешанное; г - двустороннее всасывание

По конструкции рабочие колёса (крылатки) бывают:

a) закрытые - состоят из лопаток, основного и покрывающего диска;

b) полуоткрытые - нет покрывающего диска;

c) радиальные - лопатки постоянного радиуса, одинаковой длины;

d) пространственные - лопатки сложного профиля, меняющиеся по ширине.

Кроме того, рабочие колёса различаются на три характерных типа:

1) с лопатками, загнутыми вперёд β > 90°, однако при этом сильно возрастают гидравлические потери, в связи с чем, такие лопатки применяются главным образом в рабочих колёсах вентиляторов, где подобные потери менее ощутимы из-за малой плотности перекачиваемой среды.

2) с лопатками радиально-расположенными β = 90°;

3) с лопатками, загнутыми назад β < 90°.

Центробежный насос состоит из следующих основных частей (рис.22): корпуса 1 спиралевидной формы, рабочего колеса с лопас­тями 2, приводного вала 3, приемного 4, и нагнетательного 5 патрубков.

Рис.22. Схема центробежного насоса

Принцип работы. При вращении рабочего колеса в полости всасывания возникает область повышенного давления, и под действием перепада давлений жидкость проходит в межлопаточный аппарат либо в отводящий спиральный канал, где под действием центробежных сил масса потока на выходе приобретает высокую скорость (запас кинетической энергии). С большой скоростью поток жидкости поступает в диффузор корпуса, где и происходит преобразование кинетической энергии в напор насоса (потенциальную энергию).

Рассмотрим схему движения жидкости в спиральном корпусе центробежного насоса.

Частица 1 жидкости, покинув рабочее колесо насоса, проходит последовательно сечения I-I, II-II, III-III, IV-IV спирального корпуса и попадает в отливной патрубок-диффузор. Частица 2 жидкости проходит только три сечения II-II, III-III, IV-IV; частица 3 – два сечения и частица 4 – только одно.

Поскольку подобные процессы проходят постоянно, то ясно, что корпус центробежного насоса для обеспечения равенства скоростей потока должен иметь последовательно увеличивающееся проходное сечение.

При вращении рабочего колеса насоса возникает центробежная сила, под действием которой жидкость движется в радиальном направ­лении, одновременно лопасти при­дают жидкости вращательное дви­жение. Поэтому в центре насоса возникает разрежение, что обеспе­чивает непрерывный приток жидко­сти из всасывающего патрубка к центру. Пройдя через вращающееся колесо насоса, жидкость отбрасы­вается с окружной скоростью в спиралевидный расширяющийся канал, который служит направляющим аппаратом для потока жидкости (рис.23, а).

В расширяющемся спиралевидном канале направляющего аппара­та происходит частичное преобразование кинетической энергии, полученной жидкостью на колесе насоса, в гидродинамическое давление, с которым жидкость отводится в нагнетательный трубопровод.

Рис.23. Направляющие аппараты центробежный насосов: а - спиральный; б – лопаточный канал,

Напор Н, создаваемый центробежным насосом, и его подача явля­ются функциями угловой скорости колеса ω, т.е. H(ω²); Q(ω). Сле­довательно, от угловой скорости ω, а также радиуса колеса r зависят одновременно напор Н и подача Q. Однако окружная скорость колеса и = rω ограничивается прочностью его материала. Так, чугунные ко­леса могут иметь u≤40 м/с, стальные — u≤300 м/с, что и опреде­ляет напор, создаваемый насосом.

Направляющий аппарат может быть выполнен также в виде не­подвижных расширяющихся лопаток в корпусе насоса (рис. 23,6).

Осевая сила в центробежных насосахвоз­никает вследствие разных по значению и на­правлению давлений, действующих на рабо­чее колесо (рис.24). Остается неуравновешен­ной сила давления жидкости на участке ко­лёсного диска D_o.

Осевая сила зависит от размеров рабочего колеса и количества подаваемой жидкости, она всегда направлена в сторону всасываю­щего отверстия и вызывает осевой сдвиг коле­са в этом же направлении.

Рис.24. Схема образо­вания осевой силы в центробежном насосе

Для устранения осевой силы в неболь­ших одноколесных центробежных насосах, в диске колеса у его ступицы делают небольшие отверстия 1, через которые жидкость перетекает из полости повышенного давления в полость пониженного давления. Таким образом, давление вырав­нивается с обеих сторон колеса. В больших насосах делают дву­сторонний подвод жидкости на рабочее колесо. В мно­гоступенчатых насосах на валу устанавливают разгрузочный диск (рис.26). Вода к диску подводится под давлением по каналу 4 из напорного трубопровода насоса и, пройдя зазор между подушкой 3 и диском 2, отводится по каналу 1. Если под действием осевой силы вал насоса с диском сместится вправо, зазор уменьшится, давление жид­кости на диск возрастет, и он сместится влево, восстановив нормаль­ный зазор между ним и подушкой.