Характеристики рабочих колес для насосов. Основные узлы и детали центробежных и осевых насосов Как формы колесо на водяном насосе лучше

В повседневной жизни среди различных устройств, которые были созданы для перекачивания всевозможных жидкостей, наиболее эффективным и практичным, не без основания, считается центробежный насос. Простота конструкции, в сочетании с высокой производительностью и возможностью создать большое давление, обусловили широкое применение такого агрегата почти во всех сферах жизнедеятельности современного человека.

К этому типу оборудования относятся и большинство насосных станций или бытовых помп, которые применяются для устройства в частных строениях автономного водопровода и для полива дачных участков.

Принцип действия таких устройств основывается на физическом законе возникновения центробежной силы, которая возникает при вращательном воздействии лопастей колеса на жидкость. Чтобы лучше понять принцип работы насоса нужно досконально изучить основные типы и конструктивную особенность этого агрегата.

Классификация центробежных насосов

Центробежные насосы условно можно классифицировать по ряду конструктивных характеристик.

По количеству ступеней:

По числу дисков рабочего колеса:

• Только с диском в задней части рабочего колеса.
• С диском в задней и передней части колеса. Такие устройства используются для перекачки густой жидкости или в водопроводных сетях низкого давления.

По направлению оси вращения:

• С валом горизонтального расположения. Такие насосы, из-за простоты обслуживания, считаются наиболее распространёнными моделями.
• Модели с валом вертикального расположения требуют намного меньше места для установки, так как мотор располагается над корпусом. Большинство скважинных насосов относятся к такому типу, из-за стеснённых условий их работы. Существенным недостатком таких моделей считается сложность в обслуживании и ремонте насосов, т. к. приходится снимать двигатель.

По создаваемому давлению воды насосы бывают:

• Высокого давления (от 0,6 МПа).
• Среднего давления (0,2–0,6 МПа).
• Низкого давления (до 0,2 МПа).

По способу установки:

По способу забора воды:

• Самовсасывающие. Такие насосы способны поднимать воду с глубины около 8 метров на практике, а теоретически считается 10,34 метра. Неудобством эксплуатации агрегата считается необходимость, перед запуском, заполнять систему водой. Причём и армированный всасывающий шланг так же. Важнейшим элементом является обратный клапан, который удерживает воду, при кратковременных паузах в работе.
• Насосы нормального всасывания. Этот тип насосов включает в себя все погружные агрегаты, а также и поверхностные, в которые жидкость поступает самотёком. Вода в полость такого насоса заливается только при первом его запуске.

По скорости вращения:

• Тихоходные.
• Нормального хода.
• Высокоскоростные (быстроходные) – крыльчатка в таких агрегатах находится на втулке.

По назначению:

• Водопроводные.
• Канализационные.

Характеристика центробежного насоса

Несмотря на огромное разнообразие моделей агрегатов для перекачивания жидкости, существуют несколько основных характеристик, основываясь на которые, можно выбрать подходящую систему в конкретном случае.

Основными рабочими параметрами считаются:

• Производительность.
• Потребляемая мощность.
• Напор (давление на выходе).

Особенностью насосов центробежного типа является зависимость их производительности от напора . Такую зависимость называют напорной или главной характеристикой насоса. Эта характеристика в паспорте изделия указывается в графическом изображении, реже в форме таблицы. Если вы хотите решить вопрос оптимального выбора модели, то сначала нужно определить необходимый напор, который складывается из нужной высоты подъёма жидкости, плюс гидравлическое сопротивление системы, плюс давление, необходимое в самой удалённой точке водозабора.

Выбранная модель насоса будет являться оптимальной, если необходимые производительность и напор будут изображаться в середине главной характеристики.

Детали центробежного насоса

Современные перекачивающие агрегаты центробежного типа имеют приблизительно одинаковое конструктивное построение. Они имеют рабочий орган, представляющий собой колесо, и корпус. На рабочем колесе расположены специальные лопасти, при помощи которых и перемещается вода внутри прибора. За счёт вращения лопастей создаётся центробежная сила, перемещающая жидкость к выпускному клапану, создавая определённое давление, за счёт которого и выталкивается вода наружу.

Довольно часто на таких агрегатах устанавливаются и другие конструктивные приспособления, которые конструкцию насосов делают универсальной:

Рабочее колесо центробежного насоса

Рабочее колесо любого центробежного насоса считается главной частью такой конструкции. В зависимости от места работы насоса, от мощности установленного двигателя и от характера перекачиваемой жидкости рабочее колесо может различаться:

Рабочий вал

Эта деталь центробежного насоса является самой восприимчивой к повреждениям во время работы. Установку вала необходимо производить с точной центровкой и балансировкой. Валы могут быть:

• Гибкого вида, применяются при работе двигателя на повышенных оборотах.
• Жёсткие валы находят применение при нормальных оборотах мотора.

Изготавливают рабочие валы из легированной, кованной и нержавеющей стали.

Принцип работы центробежного насоса

Принцип работы устройства для перекачки жидкости центробежного типа достаточно прост. Под действием вращающегося рабочего колеса создаются силы центробежного характера, перемещающие потоки воды. Само рабочее колесо плотно насажено на рабочий вал агрегата. А он, в свою очередь, при помощи магнитной муфты соединён с электрическим двигателем системы. Двигатель вращает рабочее колесо, что и создаёт возможность перемещения жидкости. Более удобного и простого метода перекачки жидкости, пока ещё не разработала современная наука.

Преимущества применения

Существует два основных вида преимуществ использования агрегатов центробежного типа – конструктивные и функциональные.

Простота схемы центробежного насоса позволяет произвести установку всего оборудования в относительно небольшом корпусе , что обуславливает их компактность и сравнительно малую массу. Конечно, габариты и вес агрегата напрямую зависят от мощности установленного двигателя. Такой прибор легко перемещать и одному человеку. Применение такого типа оборудования считается надёжным и долговечным.

Основным функциональным достоинством такого типа агрегатов считается возможность плавной подачи жидкости, что достигается использованием системы защиты от гидроударов. Запуск центробежных насосов производится легко.

Применение на промышленных объектах

Конструкция центробежных агрегатов позволяет их монтировать в тех местах, где установка другого оборудования трудноосуществима, из-за их больших габаритов. Применение таких систем перекачки жидкости, получило огромное распространение в нефтяной и химической отрасли народного хозяйства. Они способны перекачивать под давлением различные смеси, тяжёлые компоненты, нефтепродукты, кислоты и многие другие жидкости, которые считаются химически активными веществами.

Способность поддерживать постоянное давление, при различных температурах жидкости, позволяет широко применять подобные агрегаты для создания принудительной циркуляции в отопительных системах.

Возможность работы с загрязнёнными и чистыми жидкостями, обуславливает широкое применение таких систем в прокачке скважин после завершения бурения.

Правила эксплуатации центробежных систем

Чтобы центробежный агрегат послужил долго и безотказно, рекомендуется устанавливать в систему различные измерительные и контрольные приборы , опираясь на показания которых можно регулировать оптимальный режим работы оборудования.

Рабочее колесо (крыльчатка) – главная рабочая деталь насоса. Задача рабочего колеса насоса – преобразование вращательной энергии, которая выходит из двигателя, в энергию протока воды. С помощью движения крыльчатки жидкость, что находится в ней, также вращается и на нее влияет центробежная сила.

Такая сила перемещает жидкость от центра крыльчатки к ее краю. После такого перемещения в центре крыльчатки создается разрежение, что и помогает всасыванию жидкости через всасывающий патрубок устройства. Достигнув периферии крыльчатки, жидкость выходит в напорный патрубок агрегата.

1 Виды рабочих колес

Рабочие колеса могут быть следующих типов: осевые, радиальные, диагональные, открытые, полузакрытые и закрытые. В основном, в насосных устройствах крыльчатка трехмерной конструкции, которая соединяет плюсы осевых и радиальных колес.

1.2 Полузакрытое

Отличие полузакрытого изделия заключается в том, что у него нет второго диска, а лопасти с зазором примыкают к корпусу устройства, которое играет роль второго диска. Используют полузакрытые изделия для перекачки очень загрязненных жидкостей.

1.3 Закрытое

Конструкция закрытого изделия имеет два диска, между которыми находятся лопасти. Такая крыльчатка часто используется для работы центробежных насосов, ведь она создает хороший напор, и характеризуется малыми утечками воды из выхода на вход. Производят такие крыльчатки несколькими способами: штамповкой, литьем, точечной сваркой или клепкой. На качество и эффективность работы влияет количество лопастей. Чем больше лопастей имеет деталь, тем меньше пульсации давления воды на выходе из устройства.

1.4 Вид посадки

Посадка крыльчатки на вал двигателя в одноколесных агрегатах бывает конической или цилиндрической. Посадочное место колес в горизонтальных или вертикальных насосных устройствах бывает в виде шестигранника или шестигранной звездочки, либо крестообразным.

Выделяют следующие виды посадок на вал:

1. Конусная посадка. Такой вид посадки обеспечивает легкую посадку и снятие крыльчатки. Недостатком конусной посадки является не совсем точное положение колеса относительно корпуса устройства в продольном направлении. Рабочую деталь двигать на валу нельзя, ведь она жестко закреплена. Коническая посадка характеризуется большими биениями изделия, что плохо для торцевых уплотнений и сальниковых набивок.
2. Цилиндрическая посадка. При такой посадке деталь находится в точном положении на валу. Закрепляется крыльчатка при помощи нескольких шпонок. Цилиндрическую посадку устанавливают в погружных вихревых и вихревых насосных агрегатах. Это соединение позволяет точнее закрепить положение крыльчатки на валу. Недостатком цилиндрической посадки является точная обработка вала прибора и отверстия в ступице крыльчатки.
3. Шестигранная (крестообразная) посадка. Используется, в основном, в насосных аппаратах для перекачки воды из скважин. При этом типе посадки очень просто закрепить и демонтировать крыльчатку с вала механизма. При этом, она крепко фиксируется на валу в оси вращения механизма. С помощью шайб в крыльчатке и диффузоре можно отрегулировать зазоры.
4. Посадка в виде шестигранной звезды применяется в многоступенчатых высоконапорных насосах (вертикальных и горизонтальных). Рабочие колеса для этих установок производят из нержавеющей стали. Это самая трудная посадка и требует высшего класса обработки. Втулками в диффузорах и крыльчатках регулируют зазоры.

1.5 Рабочее колесо центробежного насоса

Для изготовления колес для центробежных насосов, чаще всего, используют чугун марок СЧ 20-СЧ 40. Если электронасос будет работать с химическими агрессивными веществами, колеса и корпуса центробежных насосов производят из нержавеющей стали. Для функционирования прибора в сложных режимах, которые характеризуются: долгим сроком включения; материал для перекачки имеет механические частицы; высоким напором, — для производства крыльчаток применяют хромистый чугун ИЧХ.

1.7 Обточка и расчет рабочего колеса центробежного насоса

При помощи обточки колеса уменьшают диаметр для снижения силы напора, но эффективность гидравлики устройства при этом не ухудшается. При небольшом снижении КПД весьма существенно поднимается напор и подача.

Если характеристики прибора не соответствуют необходимым условиям работы в определенных пределах, стоит применить обточку. Количество обточек от производителя, как правило, не больше двух. Размер обточки варьируется от 8 до 15% от диаметра рабочей детали. Но бывают исключения, когда показатель можно увеличить до 20%.

Расчет рабочего колеса центробежного прибора не рекомендуют делать самостоятельно – это ответственный процесс, который лучше выполнять специалисту.

2 Описание центробежного насоса с открытым рабочим колесом

Открытым типом крыльчаток оборудуют как дренажные, так и фекальные устройства. Колеса такого типа можно установить над рабочей камерой агрегата и внутри камеры. При установке выше камеры крупные частицы могут свободно проходить, поэтому такую схему именуют свободновихревой.

Вместе с этим преимуществом, есть ряд недостатков:

1. Уменьшение КПД.
2. Необходимость установки более мощного двигателя.
3. Слабый напор жидкости.

В дренажных агрегатах устанавливать свободновихревую схему нецелесообразно, так как они изначально предназначены для перекачки жидкости с включениями. В таких устройствах крыльчатку ставят внутри рабочей камеры. Бывает несколько видов колес открытого типа:

• с небольшими лопатками (по высоте), которые используют для установки в дренажных механизмах или в приборах со свободновихревой схемой;
• с высокими лопатками, которые применяют в фекальных насосах. Характеристики такого колеса позволяют устанавливать его там, где необходимо свободное прохождение частиц и больший напор, чем при работе свободновихревой схемы.

В основном, крыльчатка открытого типа с одной лопаткой применяется в агрегатах с режущим механизмом, когда кромка прибора играет роль ножа. На всасывающей крышке имеются звездообразные кромки, которые служат неподвижными ножами. При этом устройство выполняет сразу две функции: перекачивание воды с крупными частицами и измельчение длинноволокнистых включений. Это позволяет работать с такими жидкостями, не рискуя засорить прибор.

2.1 Погружной насос с периферийным рабочим колесом

Погружное устройство с периферийной крыльчаткой применяют для подачи воды из скважин с минимальным диаметром 4’’ (100 мм). Такие механизмы работают с жидкостью без твердых включений и осадков.

Колесо изготавливают из латуни или бронзы. Особенность таких устройств – наличие радиальных лопаток на периферии крыльчатки, которые передают энергию перекачиваемой среды. Изделие устанавливается между двумя пластинами, которые сделаны из нержавеющей стали.

При цилиндрической посадке создаются маленькие зазоры внутри рабочей камеры устройства. Конструкция лопаток обеспечивает радиальную циркуляцию жидкости, которая входит в агрегат, между пластинами и лопатками крыльчатки. Это позволяет постепенно повышать давление воды при ее перемещении от заборного патрубка к выходному. Само колесо устанавливают на вал из нержавеющей стали.

2.2 Крыльчатка насоса 1СВН 80 А

Агрегаты 80 А предназначены для перекачивания чистых жидкостей: воды, горючесмазочных материалов, дизельного топлива, бензина и т.п. Устанавливают механизм 80 А в бензовозах, автоцистернах и подобных видах техники. Привод механизма 80 А происходит от вала отбора мощности, или от электродвигателя через коробку отбора мощности и трансмиссию. Проточная часть изготовлена из сплава алюминия.

Рабочая деталь имеет радиальные лопатки и находится в закрытом корпусе механизма цилиндрической формы. Между корпусом и крыльчаткой есть торцевые зазоры.

Технические характеристики 80 А:

• напор – 32 м;
• частота вращения — 1450 об/мин;
• высота всасывания – до 6,5 м;
• мощность – 9 кВт.

2.3 Замена основной рабочей детали

Если элемент изготовлен некачественно, возникает неравномерная нагрузка на все устройство, что может привести к нарушению равновесия проточных деталей. И это, чаще всего, приводит к поломке ротора. При возникновении подобной поломки, надо заменить крыльчатку.

Замена крыльчатки происходит следующим образом:

1. Разбирается насосная часть.
2. Меняется колесо или колеса (зависит от конструкции).
3. Проводится осмотр и проверка остальных деталей агрегата.
4. Устройство собирается и тестируется нагрузкой.

При правильной установке и соблюдении правил эксплуатации рабочее колесо, как и сам насосный агрегат, могут прослужить долго и качественно выполнять свою работу в течение многих лет.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ

Общие положения

Проектирование производится на основании накопленного опыта создания различных типов насосов. Причем для различных областей применения насосов используется свой подход. В настоящей главе рассматриваются вопросы проектирования стационарных насосов общепромышленного назначения. Отличительной особенностью является их работа в до кавитации, что связано с их продолжительной эксплуатацией и необходимостью исключить кавитационные разрушения.

Несмотря на отличия в обосновании кинематических параметров и геометрических размеров проточной части, существует общий подход в проектировании насосов различных типов. Проектирование включает составление и анализ технического задания, выбор основных параметров и гидравлические расчеты, выполнение эскизной компоновки машины, проведение поверочных и уточняющих расчетов, выполнение чертежей общего вида машины и отдельных его деталей.

Графическая часть проекта и пояснительная записка выполняются в соответствии с ГОСТ 2.109-73, ГОСТ 2.305-68(СТ СЭВ 367-76), ГОСТ 2.108-68, ГОСТ 2.307-68, ГОСТ 2.308-68, ГОСТ 10356-63, ГОСТ 2789-73, ГОСТ 2.309-79, ГОСТ 2.104-68 (СТ СЭВ 140-74, 365-76), ГОСТ 2.105-68 и ГОСТ 106-68.

Техническое задание на проектирование

Задание на проектирование лопастного центробежного насоса включает следующие основные данные:

а) физические свойства перекачиваемой среды:

r - плотность перекачиваемой жидкости, кг/м 3 ;

m - коэффициент динамической вязкости, Па С;

Р нп - давление насыщенных паров рабочей жидкости, ПА (физические свойства перекачиваемой среды заданы для расчетной температуры Т 0 К);

б) параметры насоса на расчетном режиме:

Н - напор, м;

Q - объемный расход жидкости через насос, м 3 /с;

в) дополнительно данные. Наряду с основными сведениями о насосе даются дополнительные данные, которые позволяют правильно подойти к проектированию насоса.

К таким данным относятся:

Сведения о назначении насоса и область его применения;

Возможные границы изменения эксплуатационных условий;

Технические требования (КПД насоса, масса, габариты);

Эргономические (уровень шума, дб, вибрации, мм или м/с 2 , величина

внешней утечки, м 3 /с);

Показатель технической эстетики и физиологические показатели,

характеризующие удобство обслуживания насоса;

Экономические (стоимость насоса или его монтажа, обслуживания и

ремонта), ресурс, доступность отдельных узлов для обслуживания и др..

Расчет основных параметров и геометрических

размеров рабочего колеса насоса

2.3.1. Определение частоты вращения колеса

Частота вращения рабочего колеса определяется по формуле Руднева С.С. /16/

где С - кавитационный коэффициент быстроходности выбирается в

зависимости от требований к насосу;

Для длительной работы по 1-му критическому режиму

кавитации С 1 = 800¸1100;

Для работы насоса на втором режиме кавитации

С 2 = 1000¸1800(200).

Применение шнекоцентробежной ступени позволяет принимать значения С 2 =1800¸3000 (5000)

- расчетное значение подпора;

Dh - подпор на входе в насос, Dh =1,5¸20 м.

Коэффициент 1,15¸1,3 по ГОСТ 6134-71.

2.3.2. Определение коэффициента быстроходности

. (2.2)

2.3.3. Определение диаметра входа в колесо D вх

Сводится к определению приведенного диаметра по среднестатическим значениям коэффициента, входящего в формулу:

- приведенный диаметр рабочего колеса.

Окончательно

. (2.4)

Коэффициент К 0 выбирается из следующих соображений /16/:

1. Рабочее колесо имеет большой кавитационный запас и кавитация в нем исключена. В этом случае из условия получения минимума относительной скорости входа жидкости в рабочее колесо

К 0 =3,3¸3,7.

2. В случае расчета насоса по 1-му критическому режиму кавитации К 0 =4,2¸4,6. Причем, большие значения выбираются в случае возможной работы насоса при перегрузке.

3. При расчете по 2-му критическому режиму кавитации К 0 =4¸6 в зависимости от значения С 2 . Так, например, по данным В.В.Шемеля /16/

К 0 = 4,3¸4,65, С 2 = 1230¸1400,

К 0 = 5,2¸5,7, С 2 =1500¸2500.

Диаметр втулки D вm определяется по приближенной формуле:

где N - мощность насоса, кВт;

а = 0,120¸0,130 - для консольных насосов;

а = 0,150¸0,160 - для многоступенчатых насосов.

2.3.4. Определение ширины колеса в 2 на выходе

Ширина колеса в 2 определяется на основании статистических данных по формуле

где для n s £120;

для n s >120.

Полученное значение в 2 является предварительным и будет уточняться при последующем профилировании меридионального сечения рабочего колеса.

2.3.5. Приближенное определение наружного диаметра

рабочего колеса D 2

Размер диаметра выхода рабочего колеса D 2 зависит от числа лопаток в колесе z и от угла установки лопаток на выходе b л2 .

В первом приближении размер D 2 определяется на основании статистических данных по формуле /16/

где ;

.

2.3.6. Выбор числа лопаток z

Число лопаток выбирают по статистическим данным в зависимости от коэффициента быстроходности n s и размеров колеса /16/:

n s = 50¸60; 60¸180; 180¸350; 350¸600;

z = 9¸8; 8¸6; 6; 6¸5.

Для насосов малых размеров выбирают меньшее число лопаток, чтобы уменьшить стеснение потока лопатками, толщина которых с уменьшением размеров колеса относительно возрастает. Этим добиваются улучшения всасывающей способности колеса и уменьшения гидравлических потерь. Иногда у тихоходных колес часть лопаток выполняют укороченными со стороны всасывания.

2.3.7. Выбор толщины лопаток s

Толщина лопаток s определяется технологическими соображениями и прочностью, а иногда требования износостойкости (например, у землесосов). Лопатки уточняются вблизи входа для уменьшения стеснения потока (обычно в 2 раза) s 1

Т а б л и ц а 2.1

К выбору толщины лопаток рабочего колеса

2.1. Устройство рабочего колеса

На рисунке 4 приведен продольный разрез (вдоль оси вала) рабочего колеса центробежного насоса. Межлопастные каналы колеса образуются двумя фасонными дисками 1, 2 и несколькими лопастями 3. Диск 2 называется основным (ведущим) и составляет одно единое целое со ступицей 4. Ступица служит для жесткой посадки колеса на вал 5 насоса. Диск 1 называется покрывающим или передним. Он составляет единое целое с лопастями в насосах.

Рабочее колесо характеризуется следующими геометрическими параметрами: диаметром входа D 0 потока жидкости в колесо, диаметрами входаD 1 и выходаD 2 с лопатки, диаметрами валаd в и ступицыd ст , длиной ступицыl ст , шириной лопатки на входеb 1 и выходеb 2 .

d стd в

l ст

Рисунок 4

2.2. Кинематика потока жидкости в колесе. Треугольники скоростей

Жидкость подводится к рабочему колесу в осевом направлении. Каждая частица жидкости движется с абсолютной скоростью с .

Попав в межлопастное пространство, частицы принимают участие в сложном движении.

Движение частицы, вращающейся вместе с колесом, характеризуется вектором окружной (переносной) скорости u . Эта скорость направлена по касательной к окружности вращения либо перпендикулярно к радиусу вращения.

Частицы перемещаются также относительно колеса, и это движение характеризуется вектором относительной скорости w , направленной по касательной к поверхности лопатки. Эта скорость характеризует движение жидкости относительно лопатки.

Абсолютная скорость движения частиц жидкости равна геометрической сумме векторов окружной и относительнойr скоростей

c = w+ u.

Эти три скорости образуют треугольники скоростей, которые можно построить в любом месте межлопастного канала.

Для рассмотрения кинематики потока жидкости в рабочем колесе принято строить треугольники скоростей на входной и выходной кромках лопатки. На рисунке 5 приведен поперечный разрез колеса насоса, на котором построены треугольники скоростей на входе и выходе межлопастных каналов.

Рисунок 5

В треугольниках скоростей угол α – это угол между векторами абсолютной и окружной скоростей, β – угол между вектором относительной и обратным продолжением вектора окружной скорости. Углы β1 и β2 называются углами входа и выхода с лопатки.

Окружная скорость жидкости равна

u = π 60 Dn,

где n – частота вращения рабочего колеса, об/мин.

Для описания потока жидкости используются также проекции скоростей с u ис r . Проекцияс u – это проекция абсолютной скорости на направление окружной скорости,с r – проекция абсолютной скорости на направление радиуса (меридиональная скорость).

Треугольники скоростей удобнее строить вне рабочего колеса. Для этого выбирается система координат, в которой вертикальное направление совпадает с направлением радиуса, а горизонтальное – с направлением окружной скорости. Тогда в выбранной системе координат треугольники входа (а) и выхода (б) имеют вид, показанный на рисунке 6.

Рисунок 6

Треугольники скоростей позволяют определить величины скоростей и проекций скоростей, необходимых для расчета теоретического напора жидкости на выходе колеса нагнетателя

H т = u2 c2 u g − u1 c1 u .

Данное выражение называется уравнением Эйлера. Действительный напор определяется выражением

Н = µ ηг Н т ,

где µ – коэффициент, учитывающий конечное число лопастей, ηг – гидравлический КПД. В приближенных расчетах µ ≈ 0,9. Более точное его значение рассчитывается по формуле Стодолы.

2.3. Типы рабочих колес

Конструкция рабочего колеса определяется коэффициентом быстроходности n s , который является критерием подобия для нагнетательных устройств и равен

n Q n s = 3,65 H 3 4 .

В зависимости от величины коэффициента быстроходности рабочие колеса разделяют на пять основных типов, которые показаны на рисунке 7. Каждому из приведенного типа колеса соответствуют определенные форма колеса и соотношение D 2 /D 0 . При малыхQ и большихH , соответствующих малым значениямn s , колеса имеют узкую проточную полость и самое большое отношениеD 2 /D 0 . С увеличениемQ и уменьшениемH (n s возрастает) пропускная способность колеса должна расти, и поэтому его ширина увеличивается. Коэффициенты быстроходности и соотношенияD 2 /D 0 для различных типов колес приведены в табл. 3.

Рисунок 7

2.4. Упрощенный способ расчета рабочего колеса центробежного насоса

Заданы производительность насоса, давления на поверхностях всасываемой и нагнетаемой жидкости, параметры подключенных к насосу трубопроводов. Задача состоит в расчете колеса центробежного насоса, и включает в себя расчет основных его геометрических размеров и скоростей в проточной полости. Необходимо также определить предельную высоту всасывания, обеспечивающую бескавитационный режим работы насоса.

Начинается расчет с выбора конструктивного типа насоса. Для подбора насоса необходимо рассчитать его напор Н . По известнымН иQ , используя полные индивидуальные либо универсальные характеристики, приведенные в каталогах или литературных источниках (например , подбирается насос. Выбирается частота вращенияn вала насоса.

Для определения конструктивного типа рабочего колеса насоса рассчитывается коэффициент быстроходности n s .

Определяется полный КПД насоса η =η м η г η о . Механический КПД принимается в пределах 0,92-0,96. У современных насосов значенияη о лежат в пределах 0,85-0,98, аη г – в пределах 0,8- 0,96.

Коэффициент полезного действия η о можно рассчитать по ориентировочному выражению

d в = 3 М (0,2 τ доп ) ,

кости в рабочее колесо и диаметр ступицы колеса. Приведенный диаметр связан с подачей Q иn соотношениемD 1п = 4,25 3 Q n .

Потребляемая мощность насоса равна N в = ρ QgH η . Она связана с крутящим моментом, действующим на вал, соотношениемM = 9,6 N в / n . В данном выражении единицы измеренияn –

На вал насоса в основном действует скручивающее усилие, обусловленное моментом М, а также поперечные и центробежные силы. По условиям скручивания диаметр вала рассчитывается по формуле

где τ - напряжение кручения. Его величина может задаваться в диа-

пазоне от 1,2·107 до 2,0·107 Н/м2 .

Диаметр ступицы принимается равным d ст = (1,2÷ 1,4)d в , ее длина определяется из соотношенияl ст = (1÷ 1,5)d ст .

Диаметр входа в колесо насоса определяется по приведенному

диаметру D 0 = D 1п = D 1п + d ст (D 02 − d ст2 ) η о.

Угол входа находится из треугольника скоростей входа. Предполагая, что скорость входа потока жидкости в рабочее колесо равна скорости входа на лопатку, а также при условии радиального входа, т.е. с0 = с1 = с1 r , можно определить тангенс угла входа на лопатку

tg β1 =c 1 . u 1

С учетом угла атаки i угол лопасти на входеβ 1 л =β 1 + i . Потери

энергии в рабочем колесе зависят от угла атаки. Для отогнутых назад лопаток оптимальный угол атаки лежит в диапазоне от -3 ÷ +4o .

Ширина лопасти на входе определяется на основании закона сохранения массы

b 1 = πQ µ,

D 1c 1 1

где µ 1 – коэффициент стеснения входного сечения колеса кромками лопастей. В ориентировочных расчетах принимаетсяµ 1 ≈ 0,9.

При радиальном входе в межлопастные каналы (c1u = 0) из уравнения Эйлера для напора можно получить выражение для окружной скорости на выходе колеса