Водоснабжение и канализация

Насосы. Насосные станции

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

В предыдущих параграфах были рассмотрены идеализированные схемы движения жидкости в межлопастных каналах рабочих колес центробежных и осевых насосов, позволившие получить ряд важных зависимостей и, в частности, определить теоретический напор в функции от кинематических параметров потока. Однако на практике напор, развиваемый насосом, значительно меньше теоретического, что объясняется главным образом отличием действительной формы движения реальной жидкости от плоской картины потенциального течения.

Предположение о бесконечно большом числе бесконечно тонких лопастей в применении к рабочему колесу центробежного насоса означает, что поток в межлопастных каналах является осесимметричным и относительная скорость, которая определяется уравнением неразрывности для каждой точки рассматриваемого цилиндрического   сечения,    оказывается   направленной по касательной к поверхности лопасти.

Действительное распределение относительных скоростей в каналах рабочего колеса конечных размеров не может быть осесимметричным из-за наличия силового взаимодействия между лопастью и потоком. Для передачи энергии жидкости необходимо, чтобы давление на рабочих (выпуклых) поверхностях лопастей было больше, чем на тыльных, а это возможно лишь в том случае, если относительные скорости с рабочей стороны лопастей меньше, чем с тыльной. Таким образом, при конечном числе лопастей рабочего колеса не все частицы жидкости получают одинаковое приращение энергии. Вызванное этим обстоятельством понижение напора учитывается введением поправочного коэффициента k к значению абсолютной скорости на выходе из колеса. Для предварительного определения коэффициента k в литературе приводится ряд полуэмпирических формул. Однако уточненные его значения могут быть получены лишь экспериментальным путем. Обычно при числе лопастей рабочего колеса г = 6ч-12 величина k изменяется от 0,75 до 0,9.

Аналогичная неравномерность распределения скоростей и давлений существует и в межлопастных каналах рабочих колес осевых насосов. Степень этой неравномерности и вызываемое ею снижение напора зависят от густоты решетки профилей и учитываются таким же поправочным коэффициентом.

Другой причиной уменьшения напора по сравнению с его значением, подсчитанным по уравнению Эйлера, являются гидравлические потери, неизбежно сопутствующие течению реальной жидкости через рабочее колесо насоса. Помимо обычных потерь на трение по длине и на преодоление местных сопротивлений (вход в колесо, поворот, выход из колеса и т. д.) движение-реальной жидкости в межлопастных каналах и обтекание ею лопастей связано  с   образованием   пограничного слоя, утолщение которого в зоне местных диффузорных явлений может существенно изменить кинематику действительного потока по сравнению с обтеканием тех же профилей идеальной жидкости. Сложный закон изменения относительной скорости по поверхности лопасти приводит к образованию участков, где относительная скорость уменьшается и кинетическая энергия потока переходит в энергию давления. Эти участки контура лопасти «чрезвычайно опасны, поскольку существует возможность отрыва потока. Частицы жидкости в пограничном слое, обладая меньшей кинетической энергией, не способны проникнуть внутрь области, в которой давление возрастает вследствие динамики основного потока, и затормаживаются, что приводит к отрыву потока от поверхности лопасти. В этом случае потери энергии резко возрастают.

Местный отрыв потока жидкости может наблюдаться и на входе в рабочее колесо, что также приводит к увеличению потерь энергии. Сведение этих потерь к минимуму достигается обеспечением примерного совпадения направления вектора абсолютной скорости на входе с касательной к лопасти рабочего колеса на входной кромке. Это условие называют условием безударного входа.

Уменьшение теоретического напора вследствие гидравлических потерь оценивается, как уже говорилось ранее, введением гидравлического КПД г\т, который в каждом конкретном случае может быть определен лишь экспериментальным путем.

В заключение необходимо отметить, что, несмотря на значительное отличие действительной формы движения реальной жидкости в меж-лоластных   каналах    рабочих  колес лопастных насосов от идеализированных схем, исключительная простота расчетов с последующей поправкой на конечное число лопастей делает их в настоящее время наиболее распространенными применительно к густым решеткам.