Андрющенко Р.С. и др. Спиральные отводы центробежных насосов. Л., ЛКИ.




Лопаточные отводы

 

Лопаточные отводы - лопаточные направляющие аппараты в зависимости от расположения их в проточной части насоса делятся на отводы промежуточной и последней ступеней.

Лопаточный отвод промежуточной ступени устанавливается неподвижно между рабочими колесами многоступенчатого насоса и служит для отвода жидкости от предыдущей ступени и подвода жидкости к последующей ступени. Лопаточный отвод последней ступени располагается за колесом последней ступени. Он предназначен для отвода жидкости в кольцевую камеру нагнетательного патрубка. По направлению движения потока лопаточные отводы делятся на радиально-осевые (рис. 4,а)  и радиальные (рис. 4, б) отводы.

Рисунок 4 -  Направляющие аппараты: а - радиально-осевой; б - ра­диальный

В канальном направляющем аппарате, в основном, применяемом в современных центробежных насосах, каналы выполняют в виде непрерывных патрубков прямоугольного сечения с криволинейной осью, с плавно изменяющейся площадью поперечного сечения, с раскрытием в одной или двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Лопаточный отвод состоит из нескольких спиральных каналов, переходящих в диффузоры, переходных и обратных каналов (на рисунке показаны пунктиром). Т.е.  поток, пройдя через спиральную часть а bc и диффузор bcde, проходит пере­ходной канал в радиальном и осевом направлениях, а затем меняет направление и движется по обратным каналам радиально от периферии отвода к его центру. По обратным каналам жидкость подходит к подводящим каналам, в которых поток меняет направление с радиального на осевое. Если в подводящих каналах установлены на­правляющие лопасти, то эта неподвижная лопастная система называется входным направляющим аппаратом. Подводящий канал вы­полняется конфузорным, и скорость жидкости в нем увеличивается на 10…15%, что позволяет получить равномерное распределение скоростей по сечению потока на входе в колесо и создать устойчивое движение с минимумом гидравлических потерь.

В отводе центробежного насоса скорость потока уменьшается в 2…8 раз от значения с3 на входе в диффузор до скорости на входе с4в колесо. Таким образом, при движении жидкости по отводу происходит преобразование кинетической энергии потока в потенциальную энергию.

Лопаточный отвод сложен в изготовлении, но обеспечивает минимальные габаритные размеры отвода. Радиальные силы давления потока на РК уравновешиваются на всех режимах работы насоса. Каналы лопаточного отвода доступны механической обработке и могут быть изготовлены с большой точностью чистотой поверхности.  КПД отвода в расчетном режиме больше, чем у спирального отвода, но на режимах, отличных от расчетного, резко уменьшается. Объясняется это тем, что на нерасчетных режимах поток входит в канал, ударяясь о лопасть.

Расчет спиральной части лопаточного отвода канального типа. В основу расчета положены допущения, что жидкость идеальная, невязкая, а поток плоский, осесимметричный и движется свободно по инерции.

 


Диаметр входа в спиральные каналы отвода D 3 = (1,03…1,08) D 2 . Увеличение ширины спирального канала b 3 = b 2 +(0,02…0,05) D 2 по сравнению с шириной колеса b 2 создает благоприятные условия для сборки машины  и выгодно с гидродинамической точки зрения. Часть энергии дискового трения передается основному потоку в результате его смешивания с потоком, стекающим с наружных стенок колеса.

Стенка ас спирального канала (рис. 4) представляет собой цилиндрическую поверхность, образующая которой параллельна оси рабочего колеса. Для обеспечения минимума гидравлических потерь, она должна быть по форме такой же, как и линия тока свободного осесимметричного потока, вышедшего из рабочего колеса. Дифференциальное уравнение линии тока жидкости может быть получено из условия, что радиальное перемещение частицы жидкости dr и окружное перемещение  должны быть пропорциональны соответственно радиальной с r  и окружной с u составляю­щим абсолютной скорости с этой частицы жидкости:

где α 3 - угол наклона линии тока в спиральной части канала.

Из уравнения  найдем окружную составляющую абсо­лютной скорости

,  а из уравнения неразрывности - радиальную составляющую скорости 

с r = k 3 Q р /2π rb 3 = k 3 2π b 2 R 2 c m 2 /2π rb 3 = k 3 R 2 b 2 c m 2 / rb 3 ,

где k 3 = (а3 + Δ3)/а3 = 1,1…1,15 - коэффициент стеснения; а3 - высота входного сечения в диффузор; Δ3 - толщина входной кромки лопасти отвода.

Подставим найденные значения скоростей с r  и в дифференциальное уравнение:

Следовательно, угол α3 будет постоянным при движении жидкости по спиральной части отвода.

Уравнение линии тока ас жидкости, вышедшей из рабочего колеса, составляется разделением переменных в дифференциальном уравнении, получаем

Интегрируя в пределах от =0 при R 3   и до   при r , найдем уравнение линии тока ас:

Таким образом, получаем уравнение линии тока жидкости (т. е. уравнение, по которому следует выполнять стенку спирального канала отвода), представляющее собой уравнение логарифмической спирали.

Порядок расчета направляющего аппарата.

Спиральный канал.

1) R 3 = (1,03…1,08) R 2; 2) b 3 = b 2 +(0,02…0,05) D 2; 3) k 3 = 1,1…1,15; 4) Δ3=3…7 мм;

5) ; ;  6) а3=(0,6…1,0) b 3; а3 ≈ b 3 ;  7) ;

8) Округляем z на до целого числа; обычно z на =3…8 и не должно быть равным и кратным числу лопастей РК: z на ≠ i z рк;

9) ;  10) ;  11) ;         12) ;  

 

13) Построение стенки ас:

,град 0 ….
,рад 0
R3 R с

 

Диффузор.

Диффузор предназначен для уменьшения скорости жидкости и, следовательно, частичного преобразования кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления. Диффузоры выполняются с прямой осью и с осью, изогнутой внутрь отвода. Применение изогнутых диффузоров позволяет уменьшить наружный диаметр отвода, следовательно, и габарит машины. Но диффузор с изогнутой осью менее экономичен, чем прямоосный диффузор, так как в нем наступает отрыв пограничного слоя при меньших углах раскрытия и при меньших отношениях площадей поперечных сечений диффузора. Диффузоры выполняют прямоугольного сечения и с раскрытием стенок в одной или в двух плоскостях. Раскрытие диффузора в двух плоскостях усложняет механическую обработку отводов.

14) Скорость на входе в диффузор ;

15) Выбираем закон изменения скорости по длине каналов направляющего аппарата;

16) Скорость на выходе из диффузора ;

17) Задаемся раскрытием диффузора в одной плоскости: ;

18) ;

19) Угол раскрытия диффузора ε=1012о;

20) Длина диффузора ;

Как было отмечено: на радиальный габарит насоса влияет наружный диаметр направляющего аппарата, который, в свою очередь, зависит от длины диффузора.

 Для уменьшения длины l д:

-  диффузор можно выполнить с осью, изогнутой внутрь отвода;

- диффузор можно выполнить с раскрытием стенок во второй плоскости (по ширине); при этом  

принимается ; ; угол раскрытия диффузора ε=68о; ;

- выбирается другой закон изменения скорости по длине каналов направляющего аппарата: с большей скоростью на выходе из диффузора .

Для обеспечения минимальных гидравлических потерь отношение длины диффузора  к высоте его входного сечения а3 должно составлять 3..4.

В центробежных насосах иногда применяют составные отводы, состоящие из последовательно расположенных направляющего аппа­рата и спирального или кольцевого отвода.


Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 587; Мы поможем в написании вашей работы!






Мы поможем в написании ваших работ!