Отводы и подводы центробежных насосов
Для подключения насосов к всасывающему и напорному трубопроводам корпус насоса снабжается устройствами для подвода и отвода потока перекачиваемой среды. Эти устройства должны иметь минимальные собственные гидравлические потери и обеспечивать осесимметричные потоки жидкости на входе и выходе из рабочего колеса. Кроме этого, они должны обеспечивать удобство сопряжения с напорной и всасывающей магистралями трассы циркуляции. Отводом называют часть проточной полости насоса, принимающую перемещаемую среду из рабочего колеса и преобразующую кинетическую энергию потока в потенциальную. В центробежных насосах чаще всего применяют три вида отводов: -спиральный, -лопаточный (канальный). -кольцевой. Наиболее распространенным является спиральный отвод (рис. 9.1), который представляется в виде криволинейного диффузорного канала 1, охватывающего РК 2 и через конический диффузор 3 подключенный к напорному патрубку насоса 4. На рис.5.2 показаны сечение спирального отвода плоскостью, перпендикулярной оси вращения и схема течения перекачиваемой среды, в том числе и на развертке вокруг окружности РК. Поперечное (радиальное) сечение спирального отвода может иметь прямоугольную, трапециевидную, грушевидную и круглую форму (см. рис. 9.2). Кольцевой диффузор 3 служит переходом от выходного сечения спирального отвода к круглому сечению выходного патрубка насоса. Таким образом, спиральный отвод обеспечивает удобное сопряжение центробежной машины с напорным трубопроводом. Работа спирального отвода заключается в смешении истекающего с периферии РК потока среды с движущимся вдоль спирали потоком, т.е. в виде собикающего коллектора. На выходе из спирального отвода объемный расход среды равен подаче насоса Q. На рис. 9.1 абсолютная скорость истечения из РК - C 2 обозначена радиальными стрелками, скорость течения в срединном по окружности сечении отвода - C aср. Основные требования к конструкции отвода: -постоянство давления по окружности РК, -минимальные гидравлические потери. Для выполнения первого требования необходимо иметь постоянную по величине C АСР, что обеспечивается равномерным возрастанием площади поперечного сечания вдоль окружности от нуля до F вых (см. рис. 9.1). Обеспечение выполнения второго требования связано с детальным рассмотрением весьма сложной картины смешения потоков в спирали. В первом приближении рассмотрим потери напора в срединном сечении отвода. Обычно известная из расчета течения в рабочем колесе скорость поступления потока из РК - C 2 много больше, чем скорость течения жидкости в отводе – C АСР. Поэтому потери напора в отводе складываются из потерь на смешение (удар) и потери на трение о стенки отвода и потери в диффузоре.
Потери на удар приближенно определяются по формуле Карно:
Δ h уд=(C 2 – C АСР)2/2 g, (9.1)
где C aср ≈ 1, 2 C aср скорость жидкости после удара. Потери на трение и диффузоре связаны с квадратом скорости течения жидкости C aср через суммарный коэффициент сопротивления ξ сум:
Δ h тр= ξ сум C 2АСР /2 g. (9.2)
Величина ξ сум≈ 0, 4 с учетом трения, кругового течения и расширения в диффузоре. Нетрудно видеть, что общие гидравлические потери:
∑ Δ h =[(C 2 –1, 2 C АСР)2 + ξ сум C 2aср]/2 g =
=[ C 22 –2, 4 C 2 C АСР+1, 44 C 2АСР+ ξ сум C 2АСР] /2 g (9.3)
минимальны при C АСР≈ 0, 7 C 2. Действительно, функция ∑ Δ h от аргумента Ca ср имеет производную:
–2, 4 C 2 +2, 88 C АСР+ 0, 8 C АСР,
которая обращается в нуль при C АСР= 2, 4 C 2 / 3, 68=0, 67 C 2.
Это оптимальное значение скорости позволяет определить величину площади проходного сечения в середине улитки - F ср:
F СР= 0, 5 Q /0, 7 C 2,
которая, очевидно, в два раза меньше, чем F ВЫХ .
На рис. 9.3 показано сечение канального отвода, размещенного вокруг РК 1 и состоящего из четырех спиральных секторов 2, снабженных диффузорами 3, которые подключены к напорной камере 4. Обычно спиральные секторы и диффузоры выполнены с прямоугольной формой поперечного сечения, что упрощает технологию их изготовления по сравнению с круглой или трапециодальной (см. рис. 9.2). Канальные отводы используются в многоступенчатых насосных агрегатах и при индивидуальных вариантах установки насосов в циркуляционном контуре, например в компоновках ГЦНПК. Наиболее простым в исполнении является кольцевой отвод, схематично изображенный на рис. 9.4. Процесс перемещения частиц жидкости из выходного сечения РК к кольцевому диффузору характеризуется весьма сложной картиной течения и сопровождается большими потерями напора. Поэтому кольцевыми отводами обычно снабжаются циркуляторы небольшой мощности, выпускаемые крупными партиями и предназначенные для непродолжительного включения в действие.
Очень часто кольцевой отвод в виде радиального зазора существует как предвключенный перед спиральным или канальным. Разработка подводящих устройств представляет не менее сложную проблему, чем разработка РК и отводов. Большинство серийных консольных насосов (тип К) обычно снабжается простейшим подводом в виде конфузора небольшой конусности. Конфузор или цилиндр размещается соосно с осью вращения РК (см. рис. 2.1). Если предвключенный прямолинейный участок всасывающего трубопровода имеет достаточную длину, то равномерное распределение по сечению скоростей втекающей на вход РК жидкости обеспечивается естественным образом. При наличии близко расположенных поворотов всасывающего трубопровода и других причин, деформирующих эпюру скоростей на входе в РК, конфузорный подвод может быть снабжен специальными выравнивающими устройствами в виде крестовин, перегородок и т.п. Обеспечение удобства сопряжения входного сечения РК с всасывающим трубопроводом, предыдущей ступенью насоса или в насосе с двусторонним входом в РК заставляет выполнять подводы в виде спиральной камеры, окружающей входное сечение рабочего колеса. Это дает возможность соосного размещения всасывающего и напорного патрубков, облегчая монтаж насосной установки на обслуживаемом трубопроводе. Примером могут служить насосы фирмы GRUNDFOS и насосы типа Д. Течение жидкости в таких подводах представляется как обращенное внутрь течение в спиральной камере отвода, т.е. соответствует не собирающему, а раздающему коллектору. Эта схема служит основой существующих методик расчета спиральных подводов. Сложность процессов, протекающих в подводах и отводах заставляет при отработке их геометрии проводить тщательный анализ гидродинамики потока и целенаправленные экспериментальные исследования. В настоящее время наиболее совершенные в отношении проточной части быстроходные центробежные насосы ( ns = 150-300) обладают КПД, достигающего 0, 85. Это можно считать абсолютным максимумом для всех типов циркуляторов.
|
