Ширина bi лопасти на входе определяется из уравне ния расхода

где р,1- коэффициент стеснения входного сечения кромка ми лопастей, p,iRiO,9.

Толщина лопастей литых чугунных колес принима по соображениям технологии не менее 4 мм.

Далее выполняется расчет выходных элементов колеса. Удобно принять угол потока Рг и определись необходимую окружную скорость Uj.

Используя уравнение Эйлера, при радиальном входе межлопастные каналы (ci = 0) получаем расчетную фо мулу

2 = --c ctgP2/(-

С2Г ctg Рг 2

Зная Рг и выбрав число лопаток, нетрудно по фор Пфлейдерера (3.34) определить выходной угол лопастей

Р2Л-

Размеры, полученные расчетом и конструктивные соображения позволяют построить продольное сечение колеса и вычертить лопасть, пользуясь указанным выще способом.

Пример 4.1. Рассчитать рабочее колесо насоса для подачи Q= = 180 м/ч воды с температурой Т-293 К под избыточным давлением 20G кПа при давлении на входе 10 кПа.

Решение. Напор насоса

P2-Pf 200 000-10 000 . ~ pg ~ 1000-9,8 -Зв -

Выбираем частоту вращения вала насоса при соединении его с валом двигателя муфтой а =1430 об/мин.

Коэффициент быстроходности по (3.84)

5 = 3,65-1430

19.38=/

125.

По данным § 4.1, колесо имеет нормальный коэффициент быстроходности. Определим объемный КПД по формуле (4.1)

l-j-0,68-125--66 -0,97.

Приведенный диаметр по формуле (4.3)

!05

1430

Гидравлический КПД по формуле (4.2)

0,42

= 0,14 м.

Чг=1

(0.14 - 0,172)2

= 0,91.

Принимаем механический КПД т]м=0,93. Полный КПД насоса

4 = 0,97-0,91-0,93 = 0,82.

Мощность на валу

pQgH 1000-0.05.9,8-19,38

1000 )

Крутящий момент

М = 9600-

1000-0,82

= 12 кВт.

1430

Диаметр вала по формуле (4.4)

= 81 Н-м = 8100 Н-см.

f 8100-0,102

0,2-150 ~

3 см.

Принимаем диаметр ступицы колеса

- 1,4в - 42 мм.

Диаметр входа на рабочие лопасти

Z), = D 4- 20 = 160 мм.

В последней формуле увеличение D, против Do на 20 мм производится с целью вынесения входной кромки рабочей лопасти из зоны поворота потока в область плоского течения.

Длина ступицы конструктивно

/ст= l,4dcT = 84 мм.

Окружная скорость на входе в каналы рабочего колеса

яР,га 3,14.0,160-1430

60 ~ 60

Скорость входа в рабочее колесо

С(,=

= 12 м/с.

4-0.05

1о (4-4х) 0.97-3,14.0.024

= 2.7 м/с.

Из входного параллелограмма, полагая c,=Ci,=Co, получаем

= 0.225; р,

12°

н, 12

Приняв t=4, получим угол лопасти на входе

Р,л = Р1 + =16=. При коэффициенте стеснения входного сечения межлопаточных ка-налов р,1=0,9 определяем ширину лопасти на входе

0,05

*1 = ,

= 0,042 м = 42 мм.

0,97.3,14-0,160-0.9-2,7

Принимаем Р2=17° и определяем по формуле (4.6) окружную рость на выходе из колеса

W2 = -2,7ctel7 + Определяем

19,38-9,81 0,91

= 19,5

бОы.,

60-19.5

= 0,26 м.

пп 3,14-1430 Отношение диаметров выхода и входа

0,26

Ширина лопасти на выходе при условии cir=C2,

b - bi-

42т-ттг = 26 мм.

0,260

Количество лопаток рабочего колеса по формуле (3.34)

г=6,5

1,62+1 . 16°+19°

1,62-1 2

По полученным данным профилируются продольное сечение рав го колеса и лопасти.

4.4. Кавитация. Допустимая высота всасывания I

Давление жидкости, проходящей через насос, непрерывно изменяется в направлении движения и неодинаково в отдельных точках сечений проточной полости.

В обычных конструкциях центробежных насосов наименьшее давление наблюдается близ входа в цилиндрическое сечение рабочего колеса на вогнутой стороне лопас- тей, т. е. там, где относительная скорость w и соответствующая ей кинетическая энергия wJ2, Дж/кг, достигают

наибольших значений (рис. 4.6, зона А). Если в зоне А давление оказывается равным или меньшим давления насушенного пара, соответствующего температуре всасывае-,0)1 жидкости, то возникает явление, называемое кавитацией

Физическая картина кавитации состоит во вскипании я<11Дкости в зоне пониженного давления и в последующей

аэратор

Рис. 4.6. К определению минимального давления в рабочем колесе

Рис. 4.7. К уравнению (4.7)

конденсации паровых пузырьков при выносе кипящей жидкости в область повышенного давления. При этом ка-витационный процесс распространен по некоторой длине потока. Кавитация может, быть местным процессом, характерным для короткого участка потока, в тех случаях, когда давление в сечении пульсирует около его среднего значения, равного давлению насыщенного пара при температуре всасываемой жидкости. В этом случае процессы вскипания и конденсации паровых пузырьков протекают с большой частотой, пульсирующим образом.

В любых случаях кавитации при быстрой конденсации парового пузырька окружающая его жидкость устремляется к центру пузырька (центру конденсации) и в момент смыкания его объема производит вследствие малой сжимаемости жидкости резкий точечный удар. По современным данным, давления в точках смыкания паровых пу-

зырьков при их конденсации в кавитационных процесса достигают нескольких мегапаскалей.

Если пузырек пара в момент его конденсации находит, ся на поверхности, ограничивающей поток, Ьапример рабочей лопасти, то удар приходится на эту поверхность и вызывает местное разрущение металла, называемое пит-тинеом. Современные исследования показывают, что кавн. тация сопровож,дается термическими и электрохимически ми процессами, существенно влияющими на разрушения поверхностей проточной полости насосов.

Характер питтинга зависит от материала, из которого изготовлена проточная часть насоса. Так, питтинг чугун-ных деталей, например рабочих лопастей нцзконапорных насосов, дает губчатую структуру с весьма неровной поверхностью и извилистыми узкими щелями, проникающими глубоко в металл и нарушающими прочность детали. В насосах высоконапорных, работающих при большой частоте вращения, с деталями, выполненными из обычных конструкционных и легированных сталей, питтинг проявляется в виде гладких, как бы проточенных впадин и канавок. Материалов, абсолютно устойчивых против кавитации, не существует. Очень плохо противостоят кавитаци неоднородные хрупкие материалы, такие как чугун и к рамика. Из металлов, применяемых в насосостроении, паи более кавитационно устойчивы легированные стали, держащие никель и хром.

Кавитация вредна не только потому, что разруша металл, но и потому, что машина, работающая в кавита ционном режиме, существенно снижает КПД.

Работа насоса в режиме кавитации внешне проявляется шумом, внутренним треском, повышенным уровнем вибрации, а при сильно развившейся кавитации - удара* ми в проточной полости, опасными для насоса.

Принято подразделять кавитационный процесс на три стадии. В начальной стадии зона кавитации заполнена смесью жидкости и более или менее крупных пузырьков пара. Во второй стадии в кавитирующем потоке на ограничивающей поверхности образуются крупные каверны, срываемые потоком и вновь образующиеся. Это стадия развитой кавитации. Третья стадия-суперкавитация: весь обтекаемый элемент гидромашины лежит в области каверны.

Работа насоса в стадии начальной кавитации нежелательна, но допустима, если детали насоса изготовлены з кавитационно-устойчивых материалов. В стадиях развй-

той н суперкавитации работа насоса становится ненадежной и поэтому недопустима.

Как было указано ранее, кавитация возникает обычно go всасывающем тракте насоса на лопастях рабочего колеса, однако кавитационные процессы могут возникать и р напорных потоках в местах срыва жидкости с рабочих jjonacTcfi, направляющих лопаток, регулирующих органов.

Меры, предупреждающие возникновение кавитации в насосах: ограничение скорости жидкости в проточной полости насосов, применение рациональных форм сечений проточной полости и профилей лопастей, эксплуатация насосов в режимах, близких к расчетным.

В многоступенчатых насосах наиболее подвержено кавитации первое по ходу жидкости рабочее колесо, погому что на входе в него давление наименьшее. Чтобы повысить кавитационные качества таких насосов, перед первой ступенью их устанавливают предвключенное осевое колесо или шнек, состоящий из двух-трех витков. Они выполняются из кавитационно-устойчивых материалов и развивают на входе в первое колесо многоступенчатого насоса давление, препятствующее возникновению кавитации (см. рис, 4.46).

Оценка кавитационных качеств насосов проводится на основе кавитационных характеристик, получаемых испытанием на специальных стендах [28].

Основной мерой против кавитации в насосах любых типов и конструкций является соблюдение такой высоты всасывания насоса, при которой кавитация не возникает, Такая высота всасывания называется допустимой.

Установим способ расчета допустимой высоты всасывания для бустерного насоса, включенного по схеме рис. 4.7, всасывающего питательную воду из деаэратора.

Уравнение Бернулли для потока АГ от поверхности воды в деаэраторе до входа в межлопастные каналы рабочего колеса насоса

Где Рд - абсолютное давление на поверхности воды в деаэраторе. Па; Рб - абсолютное давление в насосе перед входным сечением межлопастных каналов. Па; Ит - геометрическая высота всасывания, т. е. вертикальное расстояние между поверхностью воды в деаэраторе и точкой ; с - абсолютная скорость на входе в межлопастные ка-