Рабочий процесс в лопастных насосах

Рассмотрим кинематику потока в рабочем колесе (рис. 5.6). Движение частиц жидкости в межлопастных каналах рабочего колеса является неустановившимся, но в целом поток имеет определённое направление.

Рис. 5.6. Схема рабочего колеса

При описании кинематики потока жидкости в рабочем колесе принимают следующие допущения:

а) в рабочей полости насоса движется идеальная жидкость, т.е. несжимаемая, в которой отсутствует трение между частицами;

б) рабочее колесо имеет бесконечное число бесконечно тонких лопастей, поэтому поток жидкости во всех сечениях межлопастных каналов равноскоростной (осесимметричный);

в) относительное движение потока жидкости в рабочем колесе при угловой скорости его вращения ω = const является установившимся;

г) поле скоростей движущейся жидкости двухмерное и расположено в плоскости, перпендикулярной к оси вращения рабочего колеса.

Следовательно, движение всех частиц жидкости в рабочей полости насоса одинаково и на них действует центробежная сила, окружная сила и сила Кориолиса. Под действием этих сил (центробежная и Кориолиса) частица жидкости движется относительно лопасти по траектории АВ (рис. 5.6) с относительной скоростью w. Под действием окружной силы она совершает переносное движение с окружной скоростью u и её траекторией становится линия АО, по которой частица движется с абсолютной скоростью υ равной:

.

Следовательно, υ, w и u образуют треугольник скоростей. Относительная скорость w направлена по касательной к лопасти; окружная скорость u – по касательной к окружности в сторону вращения рабочего колеса.

Разложим абсолютную скорость υ на две взаимно перпендикулярные составляющие υ_u – окружную составляющую абсолютной скорости и υ_м – меридиональную скорость – проекцию абсолютной скорости на меридиональную плоскость, проходящую через ось колеса и рассматриваемую точку (вектор меридиональной скорости направлен вдоль радиуса рабочего колеса в меридиональном сечении):

; ,

где α – угол между абсолютной υ и окружной u скоростями жидкости;

β – угол между относительной w и отрицательным направлением окружной u скорости жидкости; рабочий угол лопаток, вершина которого определяет очертание лопастей (рис. 5.6).

Меридиональным называют воображаемый поток, движущийся через полость вращения, образованную ведомым и ведущим дисками рабочего колеса, со скоростями, равными меридиональным. Перпендикулярное сечение имеет форму поверхности вращения, которая образована вращением вокруг оси колеса линии CD, пересекающей под прямыми углами линии тока меридионального потока и проходящей через точку G (рис. 5.6).

В зависимости от величины рабочих углов β лопасти могут быть трёх типов: отогнутые назад (рис.5.7,а); радиальные (рис. 5.7, б); загнутые вперёд (рис.5. 7, в).

Рис. 5.7. Формы лопаток центробежного колеса

Угол α на входе в рабочее колесо определяет условие входа жидкости в колесо. Обычно жидкость радиально входит на рабочее колесо , в противном случае, происходит закручивание потока.