Схемы и принцип действия лопастных машин

получая ее от приводного двигателя.
Гидромотор (гидродвигатель) - получает энергию от потока

рабочей жидкости и преобразует ее в энергию движения выходного звена.

Рабочим органом лопастной машины является вращающееся рабочее колесо, снабженное лопастями.
Энергия от рабочего колеса жидкости (или наоборот) передается путем динамического взаимодействия лопастей колеса с обтекающей их жидкостью.

насосов является центробежный насос.
Схема центробежного насоса консольного типа:
1 – подвод;

2 – рабочее колесо; 3 – отвод; 4 – диффузор; 5 – язык

По подводу 1 жидкость по-
дается в рабочее колесо из всасывающего трубопровода. Назначением рабочего колеса 2 является передача энергии жидкости.
Рабочее колесо центробежного насоса состоит из двух дисков:
ведомого а и ведущего б, между которыми находятся лопатки в,
изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Ведущим диском рабочее колесо крепится на валу.

Проточная часть насоса состоит из трех основных элементов – подвода 1, рабочего колеса 2 и отвода 3.

2 – рабочее колесо; 3 – отвод; 4 – диффузор;

5 – язык

Жидкость движется через колесо 2 от центра к периферии. По отводу 3 жидкость отводится от рабочего колеса 2 к напорному патрубку или, в многоступенчатых насосах, к следующему колесу.

Проточная часть насоса состоит из трех основных элементов – подвода 1, рабочего колеса 2 и отвода 3.

центробежного насоса. Направления движения
жидкости в ней и в центробежном насосе

противоположны.
Радиально-осевая турбина и центробежный насос являются обратимыми
машинами и могут работать как на турбинном, так и на насосном
режимах.

2 – рабочее колесо; 3 – отвод; 4 – диффузор;

5 – язык

Лопастные насосы бывают одноступенчатыми и многоступенчатыми.
Одноступенчатые насосы имеют одно рабочее колесо.
Рабочее колесо у таких одноступенчатых насосов закреплено на конце (консоли) вала.
Вал не проходит через область всасывания, что дает возможность
избежать сложных форм подводов к насосу. Одноступенчатые
насосы имеют ограниченный напор (напором насоса называется
энергия, сообщаемая им единице веса жидкости).

жидкость проходит последовательно через несколько рабочих колес, закрепленных на одном

валу.
При этом пропорционально числу колес повышается напор насоса.

Схема многоступенчатого секционного
центробежного насоса:
1 – рабочее колесо; 2 – направляющий аппарат; 3 – гидравлическая пята

насосах в отличие от центробежных жидкость движется в осевом направлении,

поэтому они и получили такое название. В этих насосах отсутствуют радиальные перемещения потока. Осевые (пропеллерные) насосы по своей конструкции просты. Основными элементами осевого насоса являются: подвод 1, рабочее колесо 2, лопаточный отвод (выправляющий аппарат) 3 и корпус 4. Рабочее колесо, напоминающее гребной винт, получает вращение от электродвигателя (не показан) через вал 5. Подвод с обтекателем 7 и выправляющий аппарат 3 неподвижные. Обтекатель обеспечивает плавный подвод жидкости к лопастям. В месте выхода вала из корпуса установлен сальник 6.
Осевые насосы строят на большие подачи и малые напоры.

насоса.
При обтекании потоком профиля лопаток на верхней и нижней поверхностях

профиля образуется перепад давления, следовательно, возникает подъёмная сила F. К рабочему колесу от двигателя подводится энергия, которая согласно закону о сохранении энергии передается жидкости и увеличивает её энергию. Дальше энергия жидкости частично превращается в тепловую энергию из-за трения между слоями жидкости и о стенки насоса и теряется. Но большая часть энергии остается.

У гидродинамических машин вход и выход не разделены, поэтому насосы в большинстве несамовсасывающие, перед пуском должны быть заполнены жидкостью. Вращение рабочего колеса осуществляется в сторону противоположную загибу лопастей.

Условное обозначение гидродинамических насосов

насоса
Частица жидкости совершает сложное движение: переносное вращательное движение вместе

с колесом со скоростью U и относительное движение под действием центробежных сил вдоль профиля лопасти со скоростью W. Сумма относительного и переносного движений дает абсолютное движение жидкости, движение жидкости относительно неподвижного корпуса со скоростью V.
Переносная окружная скорость U направлена по касательной к окружности, на которой расположена рассматриваемая точка, в сторону вращения колеса.
Относительная скорость W направлена по касательной к лопатке.

насоса
Разложим абсолютную скорость V на две составляющие: VU -

окружную составляющую абсолютной скорости и VM - меридиональную скорость.

Окружная составляющая скорости на входе определяется конструкцией подвода.
Подводы типа прямоосного конфузора поток не раскручивают, при этом VU=0.
Для спирального подвода жидкости и для обратных каналов направляющего аппарата, служащих подводом промежуточных ступеней секционных насосов, окружная составляющая не равна нулю.

и внешние. Рассмотрим их на примере насоса.
Внешние параметры характеризуют энергетическое

состояние вала – это параметры насоса:
n - обороты вала насоса;
M - крутящий момент на валу;
N - мощность на валу насоса.

- круговая частота вращения вала насоса.

или подача;
p - давление;
H – напор - это

энергия, сообщаемая насосом единице веса жидкости или это разность удельных энергий, которой обладает жидкость между входом и выходом насоса.

Z - удельная потенциальная энергия;
 - плотность рабочей жидкости;
g – ускорение свободного падения.

индекс ‘н’ – сечение на входе в колесо;
индекс ‘к’ – сечение на выходе из колеса;

Напор измеряется в метрах столба перекачиваемой жидкости.

Nп – мощность потока.

Мощность насоса больше полезной мощности потока на величину потерь в насосе. Коэффициент полезного действия насоса:

(мощность, потребляемая насосом). Часть этой мощности теряется. Потери мощности в

насосе делятся на:
механические,
объёмные,
гидравлические.

1) Механическими потерями мощности Nмех являются потери на трение в подшипниках, в уплотнениях вала, на трение наружной поверхности рабочих колес о жидкость. Это примерно 4…7% от N.

Мощность, остающаяся за вычетом механических потерь, передается рабочим колесом жидкости. Это гидравлическая мощность:

Механический коэффициент полезного действия насоса будет :

(мощность, потребляемая насосом). Часть этой мощности теряется. Потери мощности в

насосе делятся на:
механические,
объёмные,
гидравлические.

2) Объёмные потери мощности Nоб определяются утечками - внешними утечками через уплотнения и внутренними через полости между ведомым диском и корпусом. Это примерно 5…10% от N.

3) Гидравлические потери мощности Nгид являются потерями на трение между слоями жидкости в подводе, каналах рабочего колеса, в отводе. Это примерно 15…30% от N.

о количестве движения жидкости, движущейся во вращающемся канале.
Допущения:
движение установившееся
движение

жидкости струйное
гидравлические потери отсутствуют

Пусть тело A с массой m движется со скоростью v. Количеством движения называется вектор, равный по величине произведению массы тела на его скорость и направленный вдоль вектора скорости.
Спроецировав количество движения на направление, перпендикулярное лучу, проведенному к телу A из точки О, и умножив полученную проекцию на расстояние ОМ = R, получим момент количества движения тела относительно точки О:

L – момент количества движения

за счет изменения скорости тела количество движения, а следовательно, и

момент количества движения меняются.
По теореме о моменте количества движения секундное изменение момента количества движения равно моменту внешних сил, действующих на данное тело:

Применим уравнение моментов количества движения к установившемуся потоку жидкости в равномерно вращающемся канале. Выделим контрольными поверхностями А и В объем
жидкости, находящейся в канале. Пусть поверхности А и В являются поверхностями вращения. Через промежуток времени dt объем жидкости АВ переместится в положение А'В'. Изменение момента количества движения жидкости за время dt:

L – момент количества движения

А'А и АВ'. Момент количества движения жидкости в объеме А'В'

равен сумме моментов
количества движения жидкости в объемах А'А и АВ':

Аналогично разделим объем АВ на два объема: АВ' и В'В:

При установившемся движении момент количества движения жидкости в объеме АВ' как в уравнении для LА'B' ( момент времени t + Δt), так и в уравнении для LAB (момент времени t) одинаков.
Поэтому

через поверхность А за время dt,
т. е. равен Qdt

(где Q – расход жидкости):
VА'А= Qdt

Из-за практической несжимаемости жидкости объем В'В равен объему А'А:
VB‘B= V А'А

(получено ранее)

Поскольку плотность жидкости  постоянна и

подставляя, получим

потока на входе в канал и на выходе из него.

Тогда

находящейся в канале:
Ранее было показано, что
откуда
Подставляя, получим:

всё рабочее колесо, представляющее собой систему каналов. Уравнение применимо как

для насоса, так и для турбины. Оно пригодно и для неподвижных каналов (например, для определения момента на направляющем аппарате секционного насоса).

Применим уравнение (1) для жидкости, находящейся в рабочем колесе лопастного насоса. В этом случае под Q следует понимать расход QК жидкости через колесо, под М – момент сил, с которыми рабочее колесо воздействует на находящуюся в нем жидкость.

Умножим уравнение (1) на угловую скорость ω вращения рабочего колеса:

(1)

В лекции №1 мы говорили, что

- мощность насоса

Тогда:

на входе
– окружная скорость рабочего колеса на выходе
перепишем (2) в

виде:

(2)

Из лекции №1:

Следовательно,

где H – напор насоса

теоретического напора насоса:
Тогда:
Полученное нами основное уравнение лопастных насосов было впервые

получено Эйлером. Оно связывает напор насоса со скоростями движения жидкости, зависящими от подачи, частоты вращения насоса и от геометрии рабочего колеса.

конструкций насосов жидкость подводится к рабочему колесу без закрутки (vu1

= 0). В этом случае мы получим максимальный теоретический напор:

В выражение теоретического напора (3) не входит плотность жидкости, значит, развиваемый насосом напор не зависит от рода перекачиваемой жидкости, т.е. напор будет одинаков при перекачивании нефти, воды или молока. На величину напора влияет форма лопастей рабочего колеса.

(3)

Рабочие органы насоса рассчитывают для определенного сочетания подачи, напора, частоты вращения так, чтобы потери при работе на этом режиме были минимальны. Такое сочетание называется расчетным режимом.

Для правильной эксплуатации необходимо знать рабочие характеристики насоса, т.е. зависимость напора, мощности, КПД от расхода при постоянной частоте вращения.

колесе центробежного насоса
Частица жидкости совершает сложное движение: переносное вращательное

движение вместе с колесом со скоростью u и относительное движение под действием центробежных сил вдоль профиля лопасти со скоростью w. Сумма относительного и переносного движений дает абсолютное движение жидкости, движение жидкости относительно неподвижного корпуса со скоростью v.
Переносная окружная скорость u направлена по касательной к окружности, на которой расположена рассматриваемая точка, в сторону вращения колеса.
Относительная скорость w направлена по касательной к лопатке.

- скорость абсолютного движения жидкости;

- скорость переносного движения жидкости;

- скорость относительного движения жидкости.

колесе центробежного насоса
Для упрощения рассуждений допускаем , что поток

в рабочем колесе осесимметричный. При этом траектории всех частиц жидкости в относительном движении W одинаковы. Примем, что они совпадают с кривой очертания лопатки АВ. Относительные скорости частиц жидкости, лежащих на одной окружности, одинаковы
и направлены по касательной к поверхности лопатки в рассматриваемой точке. Указанные допущения часто называют схемой бесконечного числа лопаток.

- скорость абсолютного движения жидкости;

- скорость переносного движения жидкости;

- скорость относительного движения жидкости.

колесе центробежного насоса
В действительности поток жидкости в
рабочем колесе не

является осесимметричным. Давление на лице-
вой стороне лопатки (передняя сторона лопатки по отношению к
направлению ее движения) больше, чем на ее тыльной стороне.
Согласно уравнению Бернулли, чем больше давление, тем меньше скорость. Поэтому относительная скорость частиц, движущихся
вдоль лицевой стороны лопатки, меньше относительной скорости частиц, движущихся вдоль ее тыльной стороны. Относительные траектории частиц, непосредственно примыкающих к лопатке, совпадают по форме с лопаткой. Траектории же остальных частиц отличаются от нее.

- скорость абсолютного движения жидкости;

- скорость переносного движения жидкости;

- скорость относительного движения жидкости.

колесе центробежного насоса
В действительности поток жидкости в
рабочем колесе не

является осесимметричным. Давление на лице-
вой стороне лопатки (передняя сторона лопатки по отношению к
направлению ее движения) больше, чем на ее тыльной стороне.
Согласно уравнению Бернулли, чем больше давление, тем меньше скорость. Поэтому относительная скорость частиц, движущихся
вдоль лицевой стороны лопатки, меньше относительной скорости частиц, движущихся вдоль ее тыльной стороны. Относительные траектории частиц, непосредственно примыкающих к лопатке, совпадают по форме с лопаткой. Траектории же остальных частиц отличаются от нее.

- скорость абсолютного движения жидкости;

- скорость переносного движения жидкости;

- скорость относительного движения жидкости.

колесе центробежного насоса
Из уравнения следует, что скорости v, w

и u образуют треугольник скоростей. На рисунке изображено сложение скоростей для произвольной точки К внутри колеса. Согласно схеме бесконечного числа лопаток, относительная скорость w направлена по касательной к лопатке. Окружная скорость u направлена по касательной к окружности, на которой расположена рассматриваемая
точка, в сторону вращения рабочего колеса.

- скорость абсолютного движения жидкости;

- скорость переносного движения жидкости;

- скорость относительного движения жидкости.

колесе центробежного насоса
Разложим абсолютную скорость v на две взаимно

перпендикулярные составляющие:
vu – окружную составляющую абсолютной скорости и
vм – меридиональную скорость – проекцию абсолютной скорости на плоскость, проходящую через рассматриваемую точку перпендикулярно оси колеса. Эта плоскость называется меридиональной.

- скорость абсолютного движения жидкости;

- скорость переносного движения жидкости;

- скорость относительного движения жидкости.

колесе центробежного насоса
- скорость абсолютного движения жидкости;
- скорость переносного

движения жидкости;

- скорость относительного движения жидкости.

Введем следующие обозначения:
α – угол между абсолютной v и переносной u скоростями жидкости;
 – угол между относительной скоростью w и отрицательным направлением переносной скорости u жидкости;
л – угол между касательной к лопатке и отрицательным направлением переносной скорости u жидкости.

Введем также индекс 1 для обозначения скоростей и углов на входе в рабочее колесо и индекс 2 для обозначения тех же величин на выходе из него.

колесе центробежного насоса
Построим треугольник скоростей для точки G входной

кромки EF рабочего колеса. Меридиональную скорость vм определим из уравнения расхода. Принимая распределение меридиональных скоростей по ширине рабочего колеса равномерным, получим:

где Qк – расход жидкости, протекающей через колесо;
Q – расход жидкости, поступающей на выход насоса;
0 – объемный КПД насоса;
f1 – площадь нормального сечения меридионального потока.

Меридиональный поток – это воображаемый поток, движущийся через рабочее колесо со скоростями, равными меридиональным.
Иными словами, меридиональный поток есть поток, протекающий без окружной скорости через полость вращения, образованную ведомым и ведущим диском рабочего колеса.

колесе центробежного насоса
Меридиональный поток – это воображаемый поток, движущийся

через рабочее колесо со скоростями, равными меридиональным.
Иными словами, меридиональный поток есть поток, протекающий без окружной скорости через полость вращения, образованную ведомым и ведущим диском рабочего колеса.

Нормальное сечение меридионального потока имеет форму поверхности вращения. Она образована вращением вокруг оси колеса линии CD, пересекающей под прямыми углами линии тока меридионального потока, и проходит через точку G. Согласно теореме Гюльдена, площадь f0 этой поверхности вращения равна произведению длины b1 образующей CD на длину окружности, описываемой центром тяжести линии CD при ее вращении вокруг оси насоса:

где Rц1 – радиус, на котором расположен центр тяжести линии CD.

колесе центробежного насоса
Часть поверхности вращения занята телом лопаток. Поэтому

искомая площадь нормального сечения меридионального потока

Входной участок лопатки рабочего колеса

где σ1 – толщина лопатки на входе, замеренная в окружном направлении;
z – число лопаток.

Приближенно из треугольника ABC

где s1 – толщина лопатки на входе, замеренная по нормали к ее поверхности.

колесе центробежного насоса
Входной участок лопатки рабочего колеса
(3.1)
(3.2)
Подставив выражение (3.2)

в выражение (3.1), получим

Умножим и разделим правую часть уравнения на 2πRц1:

колесе центробежного насоса
Входной участок лопатки рабочего колеса
Введем обозначение:
Коэффициент 1

характеризует степень стеснения потока телом лопаток. Коэффициент 1 называется коэффициентом стеснения на входе в рабочее колесо. У наиболее распространенных насосов величина 1 колеблется в пределах от 0,75 (малые колеса) до 0,88 (большие колеса).
Окончательно получим:

колесе центробежного насоса
Окружная составляющая vu1 абсолютной скорости на входе

определяется конструкцией подвода и практически не зависит от конструкции рабочего колеса. Большинство конструкций подвода не
закручивает поток. При этом vu1 = 0. Окружная составляющая абсолютной скорости на входе не равна нулю для полуспирального подвода и часто для обратных каналов направляющего аппарата,
служащих подводом промежуточных ступеней секционных насосов.
Окружная скорость рабочего колеса u1 определяется из уравнения

полуспиральный подвод

2 - направляющий аппарат секционных насосов.

где n – число оборотов рабочего колеса в минуту;
R1 – радиус, на котором расположена точка G входной кромки колеса.

колесе центробежного насоса
Располагая величинами vм1, vu1 и u1, можно

построить треугольник скоростей на входе и, следовательно, определить величину относительной скорости w1 и углы α1 и 1.
Направление входного элемента лопатки следует выбирать близким к направлению относительной скорости w1. В противном
случае получается отрыв потока от лопатки с образованием мертвой зоны, сильно увеличивающей потери на входе в рабочее колесо.

Треугольник скоростей на входе в рабочее колесо

направление
входного элемента лопатки

колесе центробежного насоса
Опыт показывает, что как КПД, так и

высота, на которую насос способен засосать жидкость (высота всасывания), увеличиваются, если входной элемент лопатки рабочего колеса установить по отношению к окружности не под углом 1, получающимся из треугольника скоростей входа, построенного для расчетной подачи насоса, а под углом 1л, бóльшим угла 1 на 3…8°.

Треугольник скоростей на входе в рабочее колесо

направление
входного элемента лопатки

При таком небольшом отклонении входного элемента лопатки от направления относительной скорости отрыва потока от лопатки не получается. Угол между направлением относительной скорости и направлением входного элемента лопатки называется углом атаки.

угол атаки

колесе центробежного насоса
Входной участок лопатки рабочего колеса

колесе центробежного насоса
Треугольник скоростей на входе в рабочее колесо
направление
входного

элемента лопатки

При построении треугольника скоростей входа мы учитывали стеснение потока лопатками через коэффициент стеснения 10,75…0,88. Следовательно, мы построили треугольник скоростей для точки, расположенной непосредственно за
входом на лопатки рабочего колеса. Для потока непосредственно перед входом на лопатки, т. е. невозмущенного и нестесненного лопатками, 0=1.

Для потока непосредственно перед входом на лопатки треугольник скоростей изображен штриховой линией.

колесе центробежного насоса
Построим треугольник скоростей для выхода из рабочего

колеса. Жидкость выходит из него через цилиндрическую поверхность площадью

где R2 – наружный радиус рабочего колеса;
b2 – ширина канала рабочего колеса на выходе;
ψ2 – коэффициент стеснения на выходе из рабочего колеса.

Аналогичные формулы для входа имеют вид:

где σ2 – толщина лопатки на выходе, замеренная в окружном направлении:

У наиболее распространенных насосов величина ψ2 колеблется от 0,9 (малые насосы) до 0,95 (большие насосы).

колесе центробежного насоса
Аналогичные формулы для входа имеют вид:
Меридиональная скорость

на выходе:

Окружная скорость рабочего колеса на выходе

колесе центробежного насоса
Относительная скорость w2, согласно схеме бесконечного числа

лопаток, направлена по касательной к выходному элементу лопатки, т. е. под углом 2л к скорости u2.

Зная величины vм2, u2 и направление относительной скорости w2, построим треугольник ABC скоростей на выходе из рабочего колеса

Определим из треугольника ABC величины относительной скорости w2 , окружной составляющей vu2∞ абсолютной скорости v2∞ и угла α2∞.

колесе центробежного насоса
Индекс ∞ указывает на то, что рассматриваемые

величины получены из треугольника скоростей, построенного согласно схеме бесконечного числа лопаток. В действительности направление относительной скорости на выходе не совпадает с направлением выходного элемента лопатки, что сказывается на величине и направлении абсолютной скорости.

колесе центробежного насоса
При бесконечном числе лопаток траектории относительного движения

предопределены формой лопаток, которые препятствуют иному движению жидкости. При конечном числе лопаток проходы между ними широки, и траектории относительного движения частичек могут отличаться от формы лопаток. В этом случае из-за инерции траектории частиц изменяются
так, что действительная величина окружной составляющей vu2 абсолютной скорости на выходе при конечном числе лопаток меньше, чем это следует согласно схеме бесконечного числа лопаток.

Треугольник скоростей на выходе из рабочего колеса

появлением в ней пузырьков или полостей, заполненных паром или газом,

называется кавитацией. Кавитация возникает при понижении давления, в результате чего жидкость закипает или из жидкости выделяется растворенный газ. В потоке жидкости такое падение давления происходит обычно в области повышенных скоростей.

 Локальное обратимое парообразование в потоке жидкости, вызванное снижением статического давления ниже давления насыщенного пара данной жидкости, называется паровой кавитацией. 

явления:
1. Конденсация пузырьков пара, который увлекается потоком в область повышенного

давления.
2. Эрозия материала стенок канала. При конденсации пузырьков пара давление внутри пузырька остается постоянным и равным упругости насыщенного пара, давление же жидкости повышается по мере продвижения пузырька. Частицы жидкости, окружающие пузырек, находятся под действием все возрастающей разности давления жидкости и давления внутри пузырька и движутся к его центру
ускоренно. При полной конденсации пузырька происходит столкновение частиц жидкости, сопровождающееся мгновенным местным повышением давления, достигающим тысяч атмосфер. Это приводит к выщербливанию материала стенок каналов. Описанный механический процесс разрушения стенок каналов называется эрозией и является наиболее опасным следствием кавитации.
3. Звуковые явления (шум, треск, удары) и вибрация установки, являющиеся следствием конденсации пузырьков пара, приводящей к мгновенным местным повышениям давления и ударам жидкости о стенки каналов.
4. В лопастных насосах кавитация сопровождается падением подачи, напора, мощности и КПД

потоком жидкости, к которой подмешаны пузырьки газа. При прохождении пузырьков

через область пониженного давления происходит их интенсивный рост и, следовательно, увеличение объемной концентрации газа. Это может привести к срыву подачи насоса.

возникает на лопатке рабочего колеса обычно вблизи ее входной кромки.

Давление здесь значительно ниже давления во всасывающем патрубке насоса из-за местного возрастания скорости при натекании на лопатку и из-за гидравлических потерь в подводе.

поверхности жидкости в приемном резервуаре 1 и всасывающего патрубка 12

насоса 7. За плоскость сравнения примем свободную поверхность жидкости в приемном резервуаре:

где =g – удельный вес рабочей жидкости;
НВ – расстояние от приемного уровня до оси насоса, называемое высотой всасывания;
рВ – абсолютное давление во всасывающем патрубке насоса;
vВ – скорость жидкости во всасывающем патрубке насоса;
hВ – гидравлические потери во всасывающем трубопроводе.

давление на входе в насос pв и, следовательно, в рабочем

колесе насоса тем меньше, чем больше высота всасывания Hв и гидравлическое сопротивление hв всасывающего трубопровода и чем меньше давление p’ в приемном резервуаре.

Hв и сопротивлении hв всасывающего трубопровода или при слишком малом

давлении p’ в приемном резервуаре давление на входе в рабочее колесо pв становится настолько малым, что возникает кавитация. Таким образом, кавитация ограничивает высоту всасывания насоса.

напора жидкости во всасывающем патрубке насоса над упругостью ее паров:
где

pHП – упругость насыщенного пара жидкости.

Если весь кавитационный запас h преобразуется в области минимального давления в кинетическую энергию жидкости и израсходуется на преодоление гидравлического сопротивления подвода насоса, то давление понизится до упругости паров жидкости и возникнет кавитация. Кавитационный запас, при котором происходит кавитация, называется критическим.

кавитационного запаса производят кавитационные испытания насоса, в результате которых для

каждого режима работы насоса получают кавитационную характеристику (рисунок). Она представляет собой зависимость напора H и мощности N от кавитационного запаса h при постоянном числе оборотов и подаче Q. При больших кавитационных запасах h кавитационные явления отсутствуют, и величины напора H и мощности N от кавитационного запаса h не зависят.

по лопатке рабочего колеса. Давление р0 на входе в рабочее

колесо
меньше, чем давление р3 на выходе из него. Жидкость натекает на лопатку с относительной скоростью w0. В точке А разветвления потока относительная скорость равна нулю. Поэтому давление здесь больше, чем перед входом на рабочее колесо за счет преобразования скоростного напора в давление торможения.

При обтекании входной кромки лопатки струйки изгибаются. При этом на частички жидкости действуют центробежные силы, стремящиеся оторвать ее от лопатки. Эти силы способствуют сильному понижению давления. Поэтому на обоих сторонах лопатки в точках М и N получаются минимумы давления. На тыльной стороне
лопатки имеется еще второй минимум давления в точке К.

Распределение давления по лопатке рабочего колеса

меньше, чем в точке К. Однако зона пониженного давления здесь

мала и кавитация в ней не сказывается на характеристике насоса. Поэтому первый критический режим связан с кавитацией не в зоне М, а в значительно большей области К.
Отрыв потока при втором критическом режиме возникает в точке лопатки, более близкой к входной кромке, чем точка К. Это объясняет меньшую зависимость первого критического кавитационного запаса от формы носика лопатки, чем второго (при втором кавитационном режиме область кавитации значительно ближе к носику профиля, чем при первом).

Распределение давления по лопатке рабочего колеса

Кавитационная характеристика насоса

– расход рабочей жидкости через насос, м3/с;
Ск – кавитационный коэффициент

быстроходности.

Кавитационный коэффициент быстроходности Ск для первого критического режима:

Кавитационные свойства насоса тем выше, чем больше С.

Уравнение (4.2) дает возможность определить кавитационный запас.

(4.2)

Кавитационный коэффициент быстроходности изменяется в зависимости от формы входной кромки лопатки, ее кривизны, шероховатости поверхности и размеров насоса.

насоса при втором критическом режиме необходимо увеличивать входной диаметр DГ

рабочего колеса и его ширину на входе. Но при чрезмерном увеличении диаметра входа КПД насоса падает. Это ограничивает возможность повышения кавитационных
качеств насоса за счет увеличения диаметра входа.
Увеличение ширины рабочего колеса на входе значительно повышает кавитационные качества насоса, но при этом снижает КПД.

Рабочее колесо с повышенными кавитационными качествами

У такого колеса при втором критическом режиме С доходит до 2300.

качеств насоса является установка на входе в рабочее колесо первой

ступени осевого колеса, которое повышает давление у входа в центробежное колесо, что обеспечивает его бескавитационную работу.
Для улучшения кавитационных качеств самого предвключенного осевого колеса увеличивают его наружный диаметр и уменьшают толщину входной кромки лопатки. Распространенная конструкция осевого колеса с лопатками, очерченными по винтовой поверхности,
получила название предвключенного шнека. Его С на втором критическом режиме достигает 4000.

Установка предвключенного
шнека перед рабочим колесом

3. Для снижения воздействия кавитации на детали насоса наносят защитные покрытия (напыления твердыми сплавами, местную поверхностную закалку).