Движение жидкости в рабочем колесе центробежного насоса


Каждая пара соседних лопаток рабочего колеса образует искривленный канал переменного сечения, обычно увеличивающийся по направлению от центра колеса к его периферии. Поток, двигаясь по этим каналам, либо получает от движущихся лопаток, либо отдает им часть своей энергии, сообщая движение колесу.  Первый случай – работа центробежного насоса, жидкость при этом движется через лопастное колесо от центра к периферии. Второй случай – работа гидравлической турбины, жидкость через лопастное колесо протекает от периферии к центру.

При работе центробежного насоса, частицы жидкости, находящиеся в канале между лопатками, вращаются вместе с колесом и одновременно, под действием центробежной силы, движутся вдоль каналов к периферии колеса.

С учетом этого, различают следующие виды движения частиц жидкости в рабочем колесе центробежного насоса (Рис. 13.5, а):

1. Скорость переносного движения (окружная скорость) . Эта скорость направлена по касательной к окружности в сторону вращения рабочего колеса и зависит от радиуса и частоты вращения

,                                               (13.2)

 где  – угловая скорость вращения рабочего колеса;

          – частота вращения рабочего колеса;

         – радиус (расстояние от оси вращения до произвольной точки на лопатке рабочего колеса);

2. Скорость относительного движения , т.е. скорость движения частиц жидкости относительно лопаток рабочего колеса, направленную по касательной к лопаткам;

3. Скорость абсолютного движения (абсолютная скорость) , которая равна геометрической сумме окружной и относительной скоростей

.                                              (13.3)

Из уравнения (13.3) следует, что скорости ,  и  образуют треугольник скоростей, а абсолютная скорость представляет собой диагональ параллелограмма (параллелограмм скоростей), построенного на векторах окружной и относительной скоростей.

Параллелограммы скоростей для входного и выходного сечений приведены на рисунке 13.5,а.

Угол между абсолютной  и окружной  скоростями жидкости обозначим через , а угол между относительной скоростью  и отрицательным направлением окружной скорости  жидкости – через .

Углы  и  называют углами лопаток их величина определяет очертание лопаток. Значения углов должны быть такими, чтобы поток при входе на лопатки, а также при сходе с них имел наименьшие гидравлические сопротивления.

В дальнейшем индексом «1» будем обозначать скорости и углы на входе в рабочее колесо, а индексом «2» – те же величины на выходе из него.

Для упрощения дальнейших рассуждений будем считать, что движение жидкости по каналу является установившимся и струйным, и траектории движения каждой частицы повторяют очертания лопаток. Такое движение было бы возможно при бесконечно большом числе лопаток (). В действительности, при конечных размерах лопаток, давление на передней стороне лопатки по отношению к направлению ее движения больше, чем на ее задней стороне.  Соответственно относительная скорость частиц, движущихся вдоль передней стороны лопатки, меньше относительной скорости частиц, движущихся вдоль ее задней стороны. Траектории частиц, непосредственно примыкающих к лопатке, совпадают по форме с лопаткой. Траектории остальных частиц, находящихся в межлопаточном пространстве отличаются от нее. Поэтому в формулы, полученные в предположении бесконечно большого числа лопаток, надо будет вводить поправки, зависящие от количества лопаток рабочего колеса насоса.