Типизация центробежных насосов по коэффициенту быстроходности


Механизация производственных процессов и совершенствование технологии производства расширяют сферу применения лопастных насосов и предъявляют все новые требования к их конструкции, гидравлическим сопротивлениям и степени экономичности насосных установок. В этих условиях создание новых насосов, их правильный выбор для установки в производственных условиях и рациональная эксплуатация возможны лишь в том случае, если будет существовать какой-то общий, объективный критерий (эталон) сравнения центробежных насосов. Таким эталонным критерием может служить коэффициент быстроходности, который является основным критерием подобия всей серии подобных насосов, работающих в подобных режимах. Определив, по заданным параметрам (,  и ) проектируемого насоса, коэффициент быстроходности и, сравнивая его с аналогичными значениями имеющихся конструкций, получим возможность выбора насоса, удовлетворяющего данным условиям.

Коэффициент быстроходности nпредставляет собой число оборотов такого насоса данной подобной серии, который, работая на воде, развивает напор , равный условной единице, и полезно использующий для этого при условную единичную мощность

Выбранный таким образом условный насос будем называть эталонным насосом данной серии.

Коэффициент быстроходности (удельная частота вращения) может быть, выражен в зависимости от действительной частоты вращения , от подачи насоса и развиваемого им напора .

Для установления этой зависимости воспользуемся вторым и третьим законами подобия центробежных насосов (14.10 и 14.13), причем при формулировании необходимых отношений индекс «» будем присваивать параметрам модельного насоса, а параметры рассматриваемого насоса той же серии подобных насосов будем обозначать без индексов.

На основании второго закона подобия можно записать , откуда при значении  получим    

.                                            (14.23)

Из третьего закона подобия имеем , подставляя в это выражение значение , находим

.                                            (14.24)

Исключим из уравнений (14.23) и (14.24) линейные размеры. Для этого возведем уравнение (14.23) в пятую степень, а уравнение (14.24) – во вторую. Получим

, откуда ;

, откуда .

Левые части двух последних равенств равны между собой, значит, равны и правые их части, т.е. .

Разделив правую и левую части этого уравнения на , получим выражение , на основании которого определим коэффициент быстроходности

.                                              (14.25)

Выразим в уравнении (14.25) величину  в условных единицах мощности, т.е. при напоре  насос подает жидкость () в количестве , развивая при этом мощность , следовательно

. Подставим полученное значение  в равенство (14.25). Тогда

.                           (14.26)

При определении коэффициента быстроходности многоступенчатого насоса в формулу (14.26) подставляют значение напора одной ступени. Для насосов с двусторонним всасыванием в эту формулу подставляют значение .

Анализируя зависимость (14.26) можно отметить, что коэффициент быстроходности насоса тем больше, чем больше его подача и меньше создаваемый им напор при заданной частоте вращения. С увеличением частоты вращения рабочего колеса при неизменном напоре  и подаче насоса размеры насоса должны уменьшаться. В этом нетрудно убедиться, анализируя зависимости   и  .

Диаметр отверстия входа в рабочее колесо  определяется, главным образом, подачей насоса и незначительно уменьшается с увеличением частоты вращения. Следовательно, с увеличением коэффициента быстроходности отношение  должно уменьшаться, при этом колесо становится шире, изменяется направление потока, приближающееся к осевому направлению, гидравлические потери снижаются, а подача насоса увеличивается.

В зависимости от коэффициента быстроходности лопастные насосы можно классифицировать следующим образом (Рис.14.2).

Тихоходные центробежные насосы  ().

Малый коэффициент быстроходности свидетельствует о малой подаче и относительно большом напоре насоса. Чтобы получить большой напор, необходимо иметь большой диаметр  рабочего колеса, поэтому тихоходные насосы имеют отношение  диаметров, доходящее до трех. Рабочее колесо насоса как бы вытянуто в радиальном направлении, и большой выходной диаметр влечет за собой значительные дисковые потери на трение. Это в свою очередь снижает коэффициент полезного действия насоса. Поток жидкости, на выходе из рабочего колеса, имеет радиальное направление. Практически при коэффициенте быстроходности  центробежные насосы применять не следует. В этих случаях лучше использовать объемные (поршневые) насосы, подача которых не зависит от создаваемого напора.

Центробежные насосы нормальной быстроходности  ().

Увеличение коэффициента быстроходности свидетельствует об относительном увеличении подачи и уменьшении напора. Выходной диаметр рабочего колеса уменьшается. Отношение . Поток жидкости, на выходе из рабочего колеса, также имеет радиальное направление.

Быстроходные  центробежные насосы ().

У этих насосов более резко проявляются тенденции, связанные с ростом коэффициента быстроходности. Рабочие колеса становятся все шире, а выходной диаметр их еще больше уменьшается – . У быстроходных центробежных насосов сохраняется радиальное направление выброса жидкости из рабочего колеса.

Полуосевые или диагональные насосы (, ).

Увеличение коэффициента быстроходности приводит к дальнейшему росту ширины рабочих колес и уменьшению выходного диаметра. Уменьшить отношение до значения близкого к единице, можно только в том случае, если выходную кромку лопатки наклонить к оси. При этом направление выброса жидкости из рабочего колеса становится диагональным. Кроме того, наклон выходной кромки обеспечивает наиболее плавную форму лопатки, что уменьшает гидравлические потери в рабочем колесе.

Осевые или пропеллерные насосы (, ).

Большой коэффициент быстроходности свидетельствует о большой подаче насоса при малом напоре. Наклон выходной кромки лопаток возрастает, и она становится почти перпендикулярной к оси насоса. Такие параметры имеют насосы, перемещающие жидкость вдоль оси. Рабочие колеса осевых насосов составлены из лопаток, изогнутых по винтовой поверхности и не соединенных общим ободом. Коэффициент полезного действия осевых насосов довольно велик. Это, собственно, уже не центробежные насосы и теория их работы имеет некоторые особенности.