Принцип действия шнекоцентробежного насоса

При принудительном вращении ротора насоса с угловой скоростью w решетка шнека, расположенная на радиусе r, перемещается с окружной скоростью u = w×r в сторону, указанную на рис. 5. При этом лопатки шнека воздействуют на жидкость в межлопаточных каналах с некоторой силой `R. Осевая составляющая этой силы R_а проталкивает рабочее телок выходу из насоса как поршень, а окружная составляющая R_u определяетпотребный крутящий момент, необходимый для привода шнека во вращение.

На место вытесненной из межлопаточных каналов жидкости на вход в шнек поступает новое рабочее тело из подвода с некоторой абсолютной скоростью с_1Ш – скоростью относительно неподвижный стенок проточной части насоса. Скорость потока с_1Ш обычно находится в диапазоне 5..10 м/с.

Абсолютную скорость жидкости при ее перемещении по межлопаточным каналам вращающихся колес можно представить в виде векторной суммы окружной (переносной) скорости `u и относительной скорости `w – скорости жидкости относительно перемещающихся стенок РК: . Тогда вектор относительной скорости рабочего тела на входе в шнек можно определить как разность: .

Вектор относительной скорости `w<sub>1</sub> образует с вектором окружной скорости `u₁ угол b₁, который называется углом потока в относительном движении на входе в шнек. В случае шнека с постоянным шагом необходимо, чтобы значение b₁ было меньше величины b_лш, а угол атаки i = b_лш - b₁ был бы положительным. Только в этом случае в шнеке постоянного шага происходит увеличение площади поперечного сечения потока жидкости и увеличение ее статического давления.

В шнеке переменного шага межлопаточные каналы диффузорны (см. рис. 3,б) и статическое давление рабочего тела будет увеличиваться и при нулевом угле атаки. Увеличение статического давления необходимо для обеспечения бескавитационной работы центробежного колеса насоса.

Относительная скорость потока при увеличении его площади поперечного сечения уменьшается, и на выходе из шнека величина относительной скорости `w<sub>2</sub> будет меньше значения `w₁.

Для того, чтобы определить вектор абсолютной скорости` рабочего тела на выходе из шнека, надо к вектору скорости ` прибавить вектор окружной скорости `u<sub>2</sub> (см. рис. 5). Следует отметить, что величина скорости c <sub>2</sub> больше значения скорости c <sub>1</sub> вследствие воздействия на жидкость лопаток шнека с силой `R.

В переходном канале поток изменяет свое направление от почти осевого (с некоторой окружной закруткой С_2uш) до приблизительно радиального, а вот скорость потока по абсолютной величине изменяется незначительно. Вследствие этого статическое давление в переходном канале остается практически одним и тем же.

При вращении центробежного РК его лопатки, как и лопатки шнека, воздействуют на жидкость и проталкивают ее к выходу из насоса. По векторам абсолютной скорости` c<sub>1ц</sub> и окружной скорости `u_1ц на входе в центробежное колесо определяется вектор скорости `w<sub>1ц</sub> (см. рис. 5). Вектор `w_1ц образует с вектором окружной скорости `u_1ц угол потока b_1ц. Значение этого угла обычно меньше величины лопаточного угла b_1лц на 5...15^°. Следовательно, угол атаки на входе в центробежное колесо i = b_1лц - b_1ц равен 5...15^°. В этом диапазоне он слабо влияет на энергетические и кавитационные параметры насоса.

Площадь поперечного сечения межлопаточных каналов центробежного РК увеличивается. Это обуславливает уменьшение относительной скорости потока и увеличение его статического давления. Кроме того, статическое давление жидкости в центробежном РК увеличивается еще и вследствие действия инерционных сил. Таким образом, на выходе из центробежного РК , а .

Вектор абсолютной скорости` c<sub>2</sub> жидкости на выходе из центробежного колеса находится как сумма векторов `w₂ и `u₂ (см. рис. 5). Следует отметить, что окружная скорость на выходе из центробежного колеса u₂ больше окружной скорости на его входе u₁ вследствие того, что диаметр на выходе из колеса больше, чем на входе.

Величина скорости c₂ значительно больше значения c₁ благодаря интенсивному воздействию на поток лопаток центробежного колеса. Величина скорости c₂ достигает значений 150...200 м/с.

Повышенное значение скорости c₂ означает, что поток обладает повышенной кинетической энергией. Последнюю целесообразно преобразовать в потенциальную энергию давления. Поэтому на выходе из центробежного колеса оставшиеся элементы проточной части насоса (щелевой и лопаточный диффузоры, язык спирального сборника и конический диффузор) имеют расширяющуюся форму. Это позволяет снизить в них скорость жидкости и повысить ее статическое давление. Скорость потока на выходе из насоса обычно располагается в диапазоне 10...20 м/с, а давление жидкости может достигать 25...30 МПа.

Дата добавления: 2015-08-20