Нагнетатели. Обзор конструкций, сведения по эксплуатации машин для подачи жидкостей и газов, страница 4

В реальных нагнетателях число лопастей ограничено. В таких условиях действительный угол выхода потока из каналов рабочего колеса β₂ из-за инерции жидкости оказывается меньше, чем лопастной угол жидкости β_2Л, который является важным конструктивным параметром. Разность этих углов называют углом скоса потока σ:

Только при бесконечном числе лопастей имеет место равенство: β₂=β_2Л. Лопастной угол равный β₁ характеризует положение входного участка лопасти. Этот угол выполняется всегда острым с тем, чтобы обеспечить безударный вход жидкости в рабочее колесо. Угол входа потока жидкости в рабочее колесо β₁ также отличается от β_1Л, но при этом может быть: β₁<β_1Л, β₁>β_1Л. Разность этих углов называется углом атаки . По величине угла β_2Л различают три типа лопастей: а) Лопасти загнутые назад - β_2Л<90°

б) Лопасти загнутые - β_2Л=90°

в) Лопасти загнутые вперед - β_2Л>90°

Рабочие характеристики нагнетателя.

Характеристикой нагнетателя называют зависимости Н, N, η от производительности Q при постоянной частоте вращения колеса. Характеристики обычно представляют в виде графиков f(Q).

Производительность рабочего колеса можно определить из уравнения неразрывности для выходного сечения колеса. Площадь входа жидкости из центробежного колеса состоит:

(1)

ψ₂ – коэффициент стеснения на выходе, обусловленный тем, что лопасти имеют конечную толщину.

Скорость жидкости нормальная к поверхности f₂ из плана скоростей будет:

(2)

               (3)

Из (3) в (2) получим:

     (4)

Согласно уравнению неразрывности:

     (5)       - расход колеса

С учетом выражений (1) и (4) получим:

  (6)

Из полученной формулы выразим:

             (7)

Подставим выражение (7)  в уравнение Эйлера, записанное для случая отсутствия закрутки на всасе:

          (8)

Если принять, что производительность колеса равна производительности нагнетателя, то уравнение (8) будет представлять собой теоретическую зависимость напора от производительности нагнетателя:

       (9)

Из уравнения (9) видно, функция Н_Т=f(Q) – прямая линия. Посмотрим графики теоретических рабочих характеристик нагнетателей всех трех типов рабочих колес; при этом считаем, что геометрические размеры колес и число оборотов одинаковы, а изменяется только угол β₂.

Из графиков видно, что при одной и той же производительности нагнетателя наибольший напор развивает колесо с лопастями загнутыми вперед, а наименьший – с лопастями загнутыми назад.

Сопоставим параметры скоростей на выходе из колеса для разных типов скоростей. Колеса имеют одинаковые геометрические размеры и вращаются с одинаковым числом оборотов при этом одинаково число лопастей.  Значения  окружной и касательной скоростей одинаковы, различаются только скорости на входе с₂ и w₂. Скорость с₂ больше для колеса с лопастями загнутыми вперед. Исходя из сказанного, статические составляющие  того и другого колеса будут одинаковыми (см. предыдущую лекцию) и различаются только динамическим напором . Величина  больше для колеса с лопастями загнутыми вперед, а следовательно больше будет и общий напор колеса.

Из рисунка видно, что конфигурация каналов лопастей, загнутых вперед более сложная, чем с лопастями загнутыми назад, поэтому у вторых гидравлические потери меньше.

Опыт эксплуатации показывает, что наиболее устойчиво работают машины с лопастями загнутыми назад. Работа нагнетателей с иной формой колес при малых значениях производительность чаще бывает неустойчивой, возникают вибрации. Поэтому рабочие колеса насосов выполняют исключительно с лопастями загнутыми назад. Лопасти центробежных вентиляторов бывают всех трех видов: β_2Л=5÷150.

Действительная характеристика Н=f(Q) существенно отличается от теоретической. Конечное число лопастей нагнетателя уменьшает величину теоретического напора на величину ∆Н₁. Как показывают исследования ∆Н₁ не зависит от производительности.