Насосы и насосные станции (стр. 2 )

На рисунке 2.1 построены треугольники скоростей на входе и на выходе из рабочего колеса, приведены геометрические размеры колеса и кинематические показатели движения жидкости: Do – диаметр входного отверстия колеса; D1, D2 – диаметры входа и выхода; b1, b2 – ширина лопасти на входе и на выходе; U1, U2 – окружные скорости на входе и на выходе; W1, W2 – относительные скорости на входе и на выходе; V1, V2 – абсолютные скорости на входе и на выходе; α1, α2 – углы между абсолютной и окружной скоростями на входе и на выходе; β1, β2 – углы между относительной скоростью и продолжением окружной скорости на входе и на выходе; S – толщина лопасти; Vr – проекция абсолютной скорости на направление радиуса; Vu – проекция абсолютной скорости на направление окружной скорости.

Рисунок 2.1 - Схема движения жидкости в рабочем колесе центробежного насоса

Треугольники скоростей могут быть построены независимо от рабочего колеса, но при этом необходимо соблюдать следующую условность: за направление радиуса принимается вертикаль, за направление окружной скорости – горизонталь (рисунок 2.2).

Рисунок 2.2 - Треугольники скоростей на входе и на выходе из рабочего колеса

Теоретический напор насоса зависит от кинематических параметров и может быть определен по уравнению Эйлера (основному уравнению лопастного насоса):

(2.1)

ЦЕЛЬ РАБОТЫ – Изучить зависимость основных параметров насоса от его размеров и кинематических показателей движения жидкости через рабочие органы насоса.

ОБОРУДОВАНИЕ: Рабочие колеса центробежных насосов различных типов, штангенциркуль, транспортир.

Порядок выполнения работы

1 Выполнить эскиз рабочего колеса.

2 Определить размеры рабочего колеса. Измерить:

-  диаметры на входе и на выходе D1, D2;

-  ширину канала на выходе b2;

-  толщину лопасти на выходе S;

-  число лопастей Z;

-  углы между относительной скоростью и продолжением окружной скорости на входе и на выходе β1, β2.

Результаты измерений занести в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Таблица измерений

D1, мм	D2, мм	b2, мм	S, мм	Z	β1, o	β2, o

3 Вычислить окружную скорость на входе и на выходе из рабочего колеса по формуле:

,

(2.2)

где D – диаметр окружности, на которой определяется скорость;

n – частота вращения рабочего колеса, об/мин (задается преподавателем).

4 Построить треугольники скоростей на входе и на выходе из рабочего колеса (в масштабе). Углы между абсолютными и окружными скоростями на входе и на выходе α1, α2 задаются преподавателем.

5 Определить величины относительных и абсолютных скоростей на входе и на выходе измерением и по формулам:

	(2.3)
	(2.4)

Результаты занести в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 - Результаты вычислений

Скорости	U, м/с	W, м/с	V, м/с
На входе
На выходе

6. Вычислить теоретический напор по уравнению Эйлера (2.1).

7. Определить теоретическую подачу по формуле:

Qт = F2 · Vr 2,

(2.5)

где Vr 2 – радиальная составляющая абсолютной скорости на выходе, определяемая по формуле:

Vr 2 = V 2 ·sinα2,

(2.6)

F2 – площадь живого сечения потока на выходе, которая определяется по формуле:

F2 = π · D2· b2·ψ,

(2.7)

Стеснение потока учитывается коэффициентом:

(2.8)

Контрольные вопросы

1 Перечислить виды движения, в которых участвуют частицы жидкости при движении через рабочее колесо центробежного насоса.

2  Дать определение напору насоса.

3  Записать формулу для определения теоретического напора.

4  Перечислить способы увеличения теоретического напора насоса.

5  Начертить треугольник скоростей для условия радиального входа.

6  Перечислить виды лопастей центробежных насосов.

7  Записать формулу для определения теоретической подачи.

8  Объяснить, почему в практике насосостроения чаще всего используются рабочие колеса с лопатками, загнутыми назад.

Лабораторная работа № 3

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ НАСОСОВ ТРЕНИЯ

Вихревые насосы

К основным узлам вихревого насоса относятся рабочее колесо, корпус с крышкой, всасывающий и напорный патрубки, вал, уплотнения, подшипники (рисунок 3.1). Рабочее колесо закрытого типа представляет собой плоский диск с короткими радиальными прямолинейными лопатками, расположенными на периферии колеса. В корпусе имеется кольцевая полость, в которую входят лопатки колеса. Внутренний уплотняющий выступ, плотно примыкая к наружным торцам и боковым поверхностям лопаток, разделяет всасывающий и напорный патрубки, соединенные с кольцевой полостью.

Рисунок 3.1 – Конструкция вихревого насоса типа ВКС

1 – крышка; 2 – корпус; 3 – рабочее колесо; 4 – набивка сальника; 5 – втулка сальника; 6 и 8 – крышка подшипника; 7 – кронштейн насоса; 9 – вал;
10 – подшипник; 11 – кольцо сальника; 12 – прокладка регулировочная;
13 – напорный колпак; 14 – воздухоотвод

Каждая частица жидкой среды, попадая во вращающееся рабочее колесо вихревого насоса, получает приращение энергии и выбрасывается в кольцевой канал, откуда снова попадает в пазы рабочего колеса за счет разности давлений, где дополнительно получает приращение энергии. Благодаря этому напор вихревых насосов в 2 – 4 раза выше, чем у центробежных, при одинаковом диаметре рабочего колеса. При этом вихревые насосы имеют меньшие габариты и массу по сравнению с центробежными насосами, развивающими такие же напор и подачу.

Достоинством вихревых насосов является также и то, что они обладают самовсасывающей способностью, исключающей необходимость заливки корпуса и всасывающего трубопровода насоса перед пуском.

К недостаткам вихревого насоса относятся сравнительно невысокий КПД (25 – 45 %) и быстрый износ деталей при подаче жидкости, содержащей абразивные примеси.

Промышленностью выпускаются вихревые насосы типов ВК (вихревой консольный), ВКС (вихревой консольный самовсасывающий), ВКО (вихревой консольный с обогревом, для перекачивания загустевающих жидкостей, например, мазута), ЦВК (центробежно-вихревой консольный).

Особенности характеристик вихревых насосов видны из рисунка 3.2, на котором представлены рабочие характеристики насоса марки ВК 2/26. Так как мощность обратно пропорциональна подаче насоса, то более экономично регулировать работу вихревого насоса перепуском жидкости из напорного трубопровода во всасывающий (байпасированием).

В системах водоснабжения и водоотведения вихревые насосы могут быть использованы в качестве основного оборудования насосных станций, в качестве дренажных насосов для откачки воды из заглубленных насосных станций, в системе технического водоснабжения.

Рисунок 3.2 – Характеристика насосов ВК 2/26; ВКС 2/26; ВКО 2/26

при частоте вращения 1450 об/мин на воде плотностью 1000 кг/м3

Струйные насосы

Струйные насосы действуют по принципу передачи кинетической энергии от потока рабочей жидкости к потоку перекачиваемой жидкости. Передача энергии от одного потока к другому происходит непосредственно, без промежуточных механизмов.

Рабочая жидкость под давлением подается в сопло (суживающийся насадок) и оттуда в смесительную камеру (рисунок 3.3, а). Сумма удельной потенциальной и кинетической энергии потока во всех сечениях постоянна. В сопле за счет сужения поперечного сечения жидкость приобретает большую скорость, кинетическая энергия при этом увеличивается, потенциальная – уменьшается. При этом давление снижается и при определенной скорости становится меньше атмосферного, т. е. во всасывающей камере возникает вакуум. Под действием разности давлений вода из приемного резервуара по всасывающей трубе поступает в подводящую камеру и далее в камеру смешения. В камере смешения происходит перемешивание потоков рабочей и всасываемой жидкостей. Рабочая жидкость отдает часть энергии жидкости, поступившей из резервуара. Далее поток поступает в диффузор, в котором его скорость постепенно уменьшается, а статический напор увеличивается.