§ 3.1. ФОРМЫ РАБОЧИХ КОЛЁС НАСОСОВ РАЗЛИЧНОЙ БЫСТРОХОДНОСТИ

Конструкция колеса в значительной степени определяется его коэффициентом быстроходности n_s. В зависимости от коэффициента быстроходности рабочие колеса лопастных насосов условно разделяют на пять основных типов, показанных на рис.

При увеличении коэффициента быстроходности наблюдаются возрастание относительной ширины лопасти рабочего колеса на выходе и уменьшение относительного наружного диаметра его, т, е. рабочее колесо преобразуется последовательно из

радиального в осевое.

Из формулы коэффициента быстроходности

видно, что колесо

центробежного насоса, предназначенное для работы с заданными Qи Н, обладает тем большей быстроходностью, чем больше его частота вращения. Большие частоты вращения обусловливают малые размеры и массу насосов и приводных двигателей при высоком КПД агрегатов. Поэтому применение рабочих колес с высоким n_s(типы 3, 4, 5) экономически целесообразно.

При заданной частоте вращения n_sтем выше, чем больше подача и меньше напор, развиваемые рабочим колесом. Поэтому рабочие колеса с высоким коэффициентом быстроходности являются низконапорными и дают большую подачу (типы 3, 4, 5). Напротив, рабочие колеса типов 1 и 2 характерны для малых подач и высоких напоров.

При оценке центробежных насосов при помощи коэффициента быстроходности n_s

(2.92) следует иметь в виду, что он определяет быстроходность не насоса в целом, а лишь одного рабочего колеса. Поэтому общий вид формулы для определения n_sрабочего

колеса многоступенчатого многопоточного насоса будет

где Q и Н - полные подача и напор насоса; z - число потоков; i — число ступеней давления насоса (см. § 2.8).

Рис.

1- тихоходное колесо, n_s= 40 ÷ 80; 2- нормальное колесо, n_s= 80 ÷ 150; 3- быстроходное колесо, n_s= 150 ÷ 300; 4- диагональное колесо, n_s= 300 ÷ 600; 5- осевое или пропеллерное колесо, n_s = 600 ÷ 1200

Рабочее колесо центробежного насоса заданных подачи и давления может быть изготовлено с двусторонним подводом жидкости. В этом случае заданная подача Q распределяется поровну между правой и левой его половинами. При этом коэффициент быстроходности колеса уменьшается в √2 раз и колесо становится менее быстроходным.

Условия работы лопастей колес различной быстроходности неодинаковы. Так, например, в тихоходном колесе типа 1 (см. рис. 3.1) струйки потока жидкости движутся практически в одинаковых условиях, входная кромка лопасти лежит на цилиндрической поверхности, а сама лопасть является цилиндрической. Это особенность радиальных центробежных колес.

В нормальных и быстроходных колесах входные кромки лопастей вынесены в область поворота потока жидкости, т. е. в ту зону, где направление потока изменяется от осевого к радиальному. Это обстоятельство вызывает превращение цилиндрической лопасти в лопасть с поверхностью двоякой кривизны.

Резко выраженными формами лопастей двоякой кривизны обладают диагональные насосы (рис. 3.1, тип 4).

Общие требования, предъявляемые к конструктивной форме сечения лопасти; соблюдение расчетных углов входа и выхода, минимальное гидравлическое сопротивление и достаточная прочность.

Рис. 3.2. Построение средней линии Рис. 3.3. Формы сечений рабочих

сечения лопасти одной дугой круга лопастей

Два первых требования удовлетворяются применением общепринятых способов построения средней линии сечения лопасти и употреблением профилей рациональной формы с тщательно обработанными поверхностями проточной части.

Один из простых способов построения средней линии сечения лопасти по заданным углам входа и выхода показан на рис. 3.2. По этому методу лопасть очерчивается дутой окружности.

Количество рабочих лопастей определяется следующими соображениями. Большое количество лопастей обусловливает каналы большой длины с благоприятной формой поперечного сечения, но при этом лопасти стесняют поперечное сечение, уменьшая пропускную способность колеса.

Для каждого колеса существует некоторое наивыгоднейшее число лопастей, определяемое формулой (2.34). Обычно z = 6 ÷8.

Известно также, что рациональные формы профилей, употребляемых в авиации и гидромашиностроении, имеют утолщенную округленную переднюю часть и тонкую зад­нюю кромку (рис. 3.3,а). Такая форма профиля лопасти благоприятна в смысле прочности. Однако при небольших размерах рабочего колеса утолщенные передние кромки рабочих лопастей значительно стесняют входное сечение, что от этой формы профиля приходится отказываться и применять сечения, приведенные на рис. 3.3,б и в.

Толщина рабочих лопастей обычно назначается конструктивно.