Свободновихревые насосы (стр. 9 )

Видно, что с уменьшением диаметра всасывающего патрубка от некоторого оптимального значения напор СВН уменьшается, а режимы, соответствующие максимальному значению КПД, смещаются в сторону меньших подач. Перерасширенный диаметр входа также ухудшает параметры СВН. Оптимальное значение для узких камер необходимо принимать в пределах 0,36 – 0,42. В широких свободных камерах степень влияния на характеристики аналогична, однако оптимальное значение в этом случае следует принимать в пределах 0,44 – 0,48.

Рисунок 2.9 – Зависимость оптимальных параметров СВН от диаметра входа в насос (при )

2.8 Анализ результатов исследований

Проведенные эксперименты [7] и ранее полученные результаты по влиянию различных геометрических параметров проточной части на характеристики СВН позволили получить оптимальные соотношения этих параметров, обеспечивающее наивысший КПД.  Для экспериментального насоса с подачей Q = 60 м3/ч и напором H = 20 м максимальный КПД (51,5 %)  достигнут в РК при ширине  лопатки = 0,2,  числе лопаток  Z = 10 и толщине лопатки = 0,011.

Наряду с экспериментальными были проведены расчетные исследования влияния основных геометрических параметров РК типа “Turo” (0 ) на характеристики СВН и проведено их сопоставление [7; 11]. Базовое РК имело размеры:  D2 = 175 мм, = 0,143,  Z = 10, = 0,023.

На рис. 2.10 показаны характеристики исследованного насоса.

Рисунок 2.10 – Характеристики исследованного насоса: сплошные линии – эксперимент, пунктирные – расчет

Получено хорошее согласование результатов расчета течения жидкости в исследуемом насосе с экспериментальными результатами. Найдено наивысший КПД (расчет – 54 %, эксперимент – 51,5 %). На номинальной подаче рассчитанное значение напора по сравнению с экспериментально определенным оказалось на 4 % завышенным, мощности – на 1,5 %, КПД – на 2,5 %. Выбор вышеуказанных оптимальных соотношений позволяет увеличить КПД на 2 – 4 %. Данные рекомендации апробированы в диапазоне ns = 80 – 120.

Контрольные вопросы

1. Влиянием на какой параметр насоса объясняется существова­ние оптимального числа и ширины лопаток рабочего колеса СВН?

2. Чем вызвано снижение КПД насоса при увеличении толщины лопаток рабочего колеса?

3. Чем объясняется при проектировании насоса выбор рабочего колеса с прямыми радиальными лопатками ?

4. Причины снижения напора при увеличении ширины свободной камеры насоса.

       5.  Почему перерасширенный диаметр входа ухудшает параметры СВН?

       6.  Из какого условия необходимо производить выбор диаметров всасывающего и напорного патрубков насоса?

РАЗДЕЛ 3

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И МЕТОДИКА РАСЧЕТА СВН

3.1 Выбор оптимальных геометрических параметров СВН

При исследованиях установлено, что на напор и КПД СВН существенно влияют соотношения геометриче­ских параметров проточной части.

На основании опытов, проведенных авторами, а также исследо­ваний  [28; 29; 47; 51; 60; 61; 62] установлены следующие опти­мальные соотношения геометрических размеров насоса, которые реко­мендуются при проектировании проточной части СВН типа “Turo” (рис. 3.1).

Рисунок 3.1 –  Геометрические размеры проточной части СВН типа “Turo”

Для рабочего колеса:

- РК с прямыми радиальными лопатками () как наиболее технологичное при изготовлении;

- относительное значение диаметра входа РК (обычно принимают );

- относительная ширина лопатки колеса на выходе ;

- число лопаток Z = 10;

- относительная толщина лопатки   (обычно принимают с учетом абразивности перекачиваемой среды и технологи­ческих возможностей).

При проектировании СВН типа “Turo” наиболее технологичной и оптимальной по напору и КПД является кольцевая форма отвода со скругленным меридианным профилем.

Для кольцевого отвода:        

- относительный радиус расположения языка ;

- ширина свободной камеры В определяется в зависимости от коэффициента быстроходности  ns по графику (рис. 3.2) и сравнивается с рассчитанной по формуле (2.1);

- диаметр кольцевого отвода ;

- диаметр выхода на уровне языка отвода ;

- цилиндрический или конфузорный всасывающий патрубок с диа­метром         

    ,  (3.1)

где  ,  (3.2)

при коэффициенте входной скорости

           (3.3)

(меньшее значение принимается для более вязких жидкостей с большим содержанием твердых включений). 

По расчетам должно выполняться  условие .

Рисунок 3.2 – Зависимость КПД и относительной ширины свободной камеры от ns

3.2  Методика расчета свободновихревого насоса

Методика расчета рекомендована при проектировании СВН типа «Turo» и может быть использована  в диапазоне коэффициента быстроходности ns = 60–140.

Расчет свободновихревых насосов заключается в определении оптимальных геометрических соотношений проточной части по заданным параметрам насоса.

Исходные данные для расчета СВН: подача  Q, м3/с; на­пор Н, м; частота вращения n, об/мин; плотность перекачи­ваемой среды , кг/м3.

Порядок расчета насоса

1  Определяют коэффициент быстроходности

.                 (3.4)

2  По графику (рис. 3.2) определяют КПД и относительную ширину свободной камеры: , .

3  Исходя из рекомендаций  задаются соотношениями основ­ных размеров РК: .

4  Определяют наружный диаметр РК, м, используя выра­жение (1.27):

,                (3.5)

где  ,  (3.6)

– механический КПД насоса (для малых и средних насосов можно принять        = 0,95 – 0,97); – постоянный коэффициент; – КПД насоса, определяется в зависимости от ns ; F1 – функция,  учитывающая влияние относительных размеров РК, определяется расчетным путем или по графической зависимости (рис. 3.3) для рекомендуемого значения относительного входного диаметра РК ;  F2 – функция, учитывающая влияние относительных раз­меров отвода, определяется по графику в зависимости от отноше­ния   (рис. 3.4);  n – частота вращения РК, об/мин.

Вычисляют геометрические размеры  РК:

; ; .