Форма лопастей и их влияние на теоретический напор центробежного насоса

Форму лопаток (лопастей) рабочего колеса насоса можно характеризовать углом β ₂, с которым лопатка подходит к выходному сечению (рис. 16.2). Это угол между касательной к лопасти и продолжением (отрицательным направлением) переносной скорости – на выходе из рабочего колеса.

Определим, как форма лопастей, и, следовательно, угол β ₂ влияет на теоретический напор, создаваемый насосом.

Рассмотрим формулу (16.6) для теоретического напора в предположении, что угол входа лопасти в колесо 90°. Преобразуем ее так, чтобы в нее в явном виде входил угол β ₂. Треугольник скоростей приведен на рис. 16.3.

Рис. 16.3

Здесь, как и на рис. 16.2:

u – окружная скорость – направлена по окружности;

w – относительная скорость – направлена по касательной к лопатке;

c – абсолютная скорость – геометрическая сумма скоростей u и w;

с _{2 r} – радиальная составляющая абсолютной скорости потока жидкости, направленная по радиусу от оси вращения;

c _{2 u} – касательная составляющая скорости, направленная по касательной к окружности, которую описывает при вращении конец лопасти.

Индекс 2 означает, что мы рассматриваем сечение на выходе из колеса.

Из рис. 16.3 видно, что

,

откуда

.

Подставив это выражение в формулу для напора (16.6), получим

.

(16.11)

Исследуя эту зависимость, рассмотрим три типа лопастей колеса центробежного насоса (рис. 16.4): загнутые назад (а), радиальные (б) и загнутые вперед (в).

Рис. 16.4

1. Лопасти, загнутые назад (рис. 16.4. а).

В этом случае имеем β ₂ < 90º, ctg β ₂ > 0, следовательно, из (16.11) вытекает

.

1. Радиальные лопасти, т. е. такие, у которых касательная к выходной кромке направлена по радиусу (подходят к выходу под углом 90°) (рис. 16.4. б).

Здесь β ₂ = 90º, ctg β ₂ = 0, и, следовательно,

.

1. Лопасти, загнутые вперед (рис. 16.4. в).

β ₂ > 90º, ctg β ₂ < 0, и .

В результате видим, что в третьем случае, т. е. при лопастях, загнутых вперед, возникает наибольший напор. Однако именно при таком типе лопастей появляются наибольшие завихрения и, следовательно, наибольшие гидравлические потери.

В современных насосах лопасти делают слегка загнутыми назад для уменьшения гидравлических потерь и повышения КПД. При этом более высокий напор получают благодаря большей интенсивности работы двигателя.