Типизация насосов по коэффициенту быстроходности

Механизация производственных процессов и совершенствова­ние технологии производства расширяют сферу применения ло­пастных насосов и предъявляют все новые требования к их конструкции, гидравлическим характеристикам и степени эко­номичности насосных установок. В этих условиях создание новых насосов, их правильный подбор для установки на производстве и рациональная эксплуатация возможны лишь в том случае, если будет существовать какой-то общий критерий (эталон) сравнения лопастных насосов.

Эталонный критерий, будучи выражен в функции основных параметров, может быть полезным для сравнения существую­щих насосов, изыскания новых конструкций и типов с желаемы­ми гидравлическими параметрами, для создания моделей про­ектируемых крупных установок и рационального подбора насосов, имеющих определенное назначение.

Для определения такого критерия обычно условно вводится понятие об эталонном насосе для серии гидродинамически по­добных насосов. Таким для данной серии является насос, со­здающий напор Н _s,равный условной единице (H_s = 1) и полезно использующий для этого (при η_s = l) условную единичную мощ­ность (N_s = 1).

Рабочее колесо такого насоса называется модельным для данной серии, а частота его вращения называется удельной ча­стотой вращения n_s или коэффициентом быстроходности. Этот коэффициент может быть выражен в зависимости от действи­тельной частоты вращения п рабочего колеса рассматриваемого насоса, от его подачи Q и напора Н.

.                 (48)

Общепринятый коэффициент 3,65 получен исходя из значе­ния условной единицы мощности, равной 736 Вт, и является категорией исторической.

Таким образом, коэффициент быстроходности n_s насоса тем больше, чем больше его подача Q и меньше создаваемый напор Н при данной частоте вращения п; коэффициент быстроходности n_s возрастает с увеличением частоты вращения п при сохране­нии прежних значений подачи Q и напора Н.

Однако с увеличением частоты вращения рабочего колеса при неизменном расходе Q и напоре Н размеры насоса должны уменьшаться.

Действительно, в соответствии с уравнением (34) можно приближенно считать, что напор центробежного насоса пропор­ционален квадрату окружной скорости жидкости на выходе из рабочего колеса, т. е. . Поэтому при неизменном напоре окружная скорость также не меняется.

С увеличением частоты вращения п и при сохранении неиз­менной окружной скорости выходной диаметр D ₂ рабочего коле­са должен уменьшаться, а следовательно и все выходные раз­меры насоса тоже должны уменьшаться. Это следует из равен­ства

Диаметр отверстия входа в рабочее колесо D ₀определяется, главным образом, подачей насоса и незначительно уменьшается с увеличением частоты вращения. Следовательно, с увеличением коэффициента быстроходности отношение D ₂ /D ₀должно умень­шаться.

На основе этих выводов базируется типизация лопастных на­сосов по коэффициенту быстроходности n_s (рис. 14). В соответ­ствии с данными, полученными из практики, лопастные насосы подразделяются на два типа: собственно центробежные и осе­вые или пропеллерные. Согласно принятой типизации, к центро­бежным насосам относят: тихоходные, нормальные, быстроход­ные и полуосевые.

Тихоходные центробежные насосы имеют ко­эффициент быстроходности . Малый коэффициент быстроходности свидетельствует о малой подаче Q и относитель­но большом напоре насоса Н.

Для этих насосов отношение D ₂ /D ₀достаточно велико и со­ставляет приблизительно 2,5. Рабочее колесо как бы вытянуто в радиальном направлении и большой выходной диаметр влечет за собой значительные дисковые потери на трение. Это, в свою очередь, снижает КПД насоса. Поэтому уменьшению коэффици­ента быстроходности n_s сопутствует снижение КПД насоса. Практически при n_s < 40центробежные насосы не следует при­менять. В этих случаях лучше использовать объемные насосы, степень экономичности работы которых не зависит от создавае­мого напора.

Отметим, что в пищевой промышленности подавляющее большинство применяемых центробежных насосов относится к тихоходным машинам, так как по технологическим условиям чаще всего требуется небольшой расход при относительно боль­шом напоре.

Центробежные насосы нормальной быстро­ходности имеют коэффициент быстроходности . Увеличение коэффициента быстроходности свидетельствует об относительном увеличении подачи (ширина колеса увеличивает­ся) и уменьшении напора (D ₂ — уменьшается). В таких насосах отношение D ₂ /D ₀ ≈ 2.

Быстроходные центробежные насосы имеют коэффициент быстроходности . Здесь более резко» проявляются тенденции, связанные с ростом n_s:рабочие колеса становятся все шире, а выходной диаметр их относительно уменьшается. Для таких насосов .

Полуосевые или диагональные насосы имеют коэффициент быстроходности . Увеличение n_s при­водит к дальнейшему росту ширины рабочих колес и к уменьше­нию выходного диаметра. Направление выброса жидкости из ра­бочего колеса становится диагональным. Для них . По своим параметрам и гидравлической схеме работы они занимают промежуточное положение между центробежными и осевыми насосами.

К осевым или пропеллерным относятся насосы с коэффициентом быстроходности . Большой коэф­фициент быстроходности свидетельствует о большой подаче на­соса при малом напоре. Такие параметры имеют насосы, переме­щающие жидкость вдоль оси. Рабочие колеса осевых насосов составлены из лопастей, не соединенных общим ободом, изогну­тых по винтовой поверхности. Это насосы, у которых отношение ; КПД их довольно велик. Это, собственно, уже не центробежные насосы и теория их работы имеет некоторые особенности.