2.4. Подача центробежного насоса

Подача центробежного насоса, т. е. количество жидкости, протекающей через рабочее колесо в секунду, может быть выражено уравнением расхода жидкости.

Q_T=Fv,

где F- площадь поперечного сечения рабочего колеса;

v - скорость движения жидкости.

В случае движения жидкости по рабочему колесу (рис.2.5.);

, (2.11)

где D₂ - наружный диаметр колеса;

z - количество лопаток;

δ₂ - толщина лопатки по окружности диаметром D₂;

b ₂ - ширина колеса на внешнем диаметре;

- скорость выхода жидкости из колеса в меридианальном направлении.

Для практического использования более удобна эмпирическая формула расчета теоретической подачи:

.

Отсюда видно, что подача центробежного насоса пропорциональна квадрату внешнего диаметра колеса, ширине его, числу оборотов и коэффициенту Ψ, зависящему от изменения углов α₂ и β₂.. Пределы изменения Ψ от 0,09 до 0,13. Действительная подача Q несколько меньше Q_T.

Q=η₀Q_T

где η₀ - коэффициент утечки, или объемный КПД, учитывающий щелевые потери жидкости через зазор между колесом и корпусом.

Эти утечки жидкости обусловлены разностью давлений на выкиде и приеме колеса. Следовательно, количество жидкости, протекающей через колесо, больше действительной подачи насоса в напорную линию. Для уменьшения утечек указанный зазор делают небольшим - примерно 0,3.. .0.6 мм. Величина η₀ в зависимости от конструкции и размеров насоса изменяется в пределах 0,92...0,98. Таким образом, подачу насоса можно определить из формулы:

Q = 0,164λψη₀ D²₂b₂n. (2.12)

Рис. 2.5. Живое сечение на выходе жидкости из рабочего колеса

Найденная величина подачи Q будет примерно соответствовать нормальной подаче насоса при данном напоре Н, определяемом по формуле (2.10).

При других режимах работы насоса подача будет изменяться в зависимости от изменений напора, согласно характеристике насоса.

2.5. Мощность и коэффициент полезного действия центробежного насоса

Полезная мощность лопастного насоса находится по формуле:

N_п=HgρQ (2.13)

где Н - действительный напор;

Q - действительная подача лопастного насоса (формулы 2.10 и 2.12).

Мощность, потребляемая лопастным насосом, включает потери мощности в насосе и зависит, в частности, от КПД насоса η.

. (2.14)

Потери мощности в лопастном насосе слагаются из механических потерь, потерь на дисковое трение, объемных и гидравлических потерь.

Таким образом, КПД лопастного насоса равен произведению четырех КПД, соответствующих указанным потерям:

η=η_М η_Д η_О η_Г

Механические потери мощности происходят в местах трения - в опорах (радиальных и осевых), у ступиц рабочих колес, в уплотнениях насоса и зависят от конкретной конструкции, типоразмера и качества изготовления узла, в котором происходит трение. Механический КПД лопастных насосов η_М изменяется в пределах 0,9... 0,98

Потери мощности на дисковое трение происходят в результате взаимодействия потока жидкости с внешними поверхностями дисков рабочих колес, а также разгрузочной пяты. Дисковый КПД лопастных насосов η_Д изменяется в пределах 0,85...0,95.

Объемные потери мощности обусловлены утечками через уплотнения рабочего колеса в уплотнениях вала насоса, в разгрузочной пяте и т. д. О величине объемного КПД было сказано выше.

Гидравлические потери мощности происходят в результате преодоления сопротивлений в подводе, рабочем колесе и отводе при движении жидкости через насос. Гидравлический КПД лопастных насосов η_Г изменяется в пределах0,7...0,95.

КПД лопастных насосов η с учетом рассмотренных выше механического, дискового, объемного и гидравлического КПД изменяется в пределах 0,45.. .0,86. Максимальное значение КПД достигает 0,89 у наиболее мощных нефтяных центробежных магистральных насосов.

В зависимости от изменения величин множителей изменяется и величина общего КПД насоса. Обычно изменение общего КПД изображают кривой η=f(Q) в характеристике центробежного насоса.