Движение жидкости в лопастном колесе насоса. Треугольники скоростей

2.2.1.Абсолютное и относительное движение жидкости

Движение жидкости относительно колеса называется относительным, относительная скорость обозначается W

А вращательное движение, которое осуществляет движущаяся жидкость вместе с колесом, называется окружным, окружная скорость обозначается U

Сумма относительного и окружного движения называется абсолютным движением, и его характеризует абсолютная скорость – V

(2.12)

Лицевая сторона лопати обращена в сторону вращения колеса, а тыльная – наоборот.

2.2.2. Треугольники скоростей на входе в лопастное колесо

R₂ – радиус на выходе

r₁ – радиус на входе

V_U1 – проекция абсолютной скорости на окружную

Q_К – расход через колесо

АВ – входная кромка колеса

СD – нормальное сечение меридионального потока

b₁ – диаметр вписанной окружности с центром в т.1 (точка 1 лежит на входной кромке лопастного колеса)

U₁ – окружная скорость на входе в колесо в т.1 (направлена касательно к окружности радиуса r₁ в сторону вращения)

W₁ – относительная скорость

V₁ – абсолютная скорость

Vm₁ – меридиональная составляющая абсолютной скорости V₁ на входе (характеризует расход через колесо. Скорость направлена по ходу потока)

V_U1 – проекция меридиональной составляющей абсолютной скорости V₁ (характеризует закрутку потока)

- угол наклона (установки) лопастей на входе в колесо в точке 1

- угол между W₁ и U₁

- угол между абсолютной и окружной скоростью

W₁, U₁ и V₁ образуют треугольник скоростей на входе:

(2.13)

где

(2.14)

- площадь нормально сечения, перпендикулярная линиям тока с учётом стеснения

- расходная скорость

Стеснение потока происходит из-за толщины лопастей. Без стеснения эти лопасти были бы бесконечно тонкими.

- площадь на входе без учёта стеснения

Точка центра тяжести и точка середины входной кромки примерно равны.

Т.к.

Площадь на входе без учёта стеснения равна:

(2.15)

z – количество лопастей

- нормальная составляющая толщины лопасти

- нормальная толщина лопасти на входе

(2.16)

- коэффициент теснения площади на входе

(2.17)

Чем больше коэффициент стеснения, тем меньше стеснение. Он не может быть более единицы, т.е.

Чтобы скорость была меньше лопасти делают тоньше. Скорость должна быть меньше из-за возможности возникновения кавитации.

· Меридианная скорость с учётом стеснения:

(2.18)

· Меридианная скорость без учёта стеснения

(2.19)

Закрутка потока:

V_U1 – окружная составляющая абсолютной скорости V₁ на входе, она характеризует закрутку потока на входе в т.1

Жидкость может подходить в рабочее колесо:

1. Без закрутки V_U1=0

2. С закруткой V_U1≠0

Закрутка может быть положительной V_U1>0 или отрицательной V_U1<0. Если направление V_U1 совпадает с окружной скоростью U, то это положительная закрутка, в противном случае – закрутка будет отрицательной.

Угол атаки:

Направление входного участка лопастей определяется углом β_1лоп – углом лопатки.

В свою очередь β₁ - угол потока.

(2.20)

В общем случае β_1лоп≠ β₁, поэтому ∆β может быть либо положительным, либо

отрицательным, либо нулевым. Угол потока зависит от:

- окружной скорости

- от расхода колеса

Рассмотрим общий случай, когда поток не имеет закрутки на входе:

из треугольника скоростей получим:

(2.21)

Знак «+» ставится, когда закрутка -положительная, а «-», когда закрутка – отрицательная.

Угол атаки выбирается при условии работы насоса при высоком КПД. К тому же, необходимо избежать кавитацию. От угла установки и угла атаки зависят и энергетические и кавитационные качества.

При таком угла атаки получаются наилучшие характеристики.

В некоторых случаях допускаются углы атаки

Отрицательные углы атаки не допускаются в рабочих колёсах вследствие раскрытия кавитации, т.к. отрыв потока может происходить на тыльной стороне.

Поиск по сайту: