Контрольная работа: Переміщення рідин (Насоси)

Принцип дії й типи насосів. У відцентрових насосах всмоктування й нагнітання рідини відбувається рівномірно й безупинно під дією відцентрової сили, що виникає при обертанні робочого колеса з лопатями, розташованого в спіралеподібному корпусі.

В одноступінчастому відцентровому насосі (рис. 3 - 9) рідина з всмоктувального трубопроводу надходить уздовж осі робочого колеса до корпусу насоса й, пoтрапляя на лопaті здобуває обертовий рух. Відцентрова сила відкидає рідину в канал змінного перерізу між корпусом і робочим колесом, у якому швидкість рідини зменшується до значення, рівного швидкості в нагнітальному трубопроводі.

Рис. 3 - 9. Схема відцентрового насоса: 1 – усмоктувальний трубопровід; 2 – робоче колесо; 3 – корпус; 4 – лопатки; 5 – нагнітальний трубопровід.

При цьому, як слідує з рівняння Бернуллі, відбувається перетворення кінетичної енергії потоку рідини в статичний напір, що забезпечує підвищення тиску рідини.

На вході в колесо створюється знижений тиск, і рідина із прийомної ємності безперервно надходить у насос.

Тиск, що розвивається відцентровим насосом, залежить від швидкості обертання робочого колеса. Напір одноступінчастих відцентрових насосів (з одним робочим колесом) обмежений і не перевищує 50 м. Для створення більш високих напорів застосовують багатоступінчасті насоси, що мають декілька робочих коліс у спільному корпусі, розташованих послідовно на одному валу. Рідина, що виходить із першого колеса, надходить по спеціальному відвідному каналу в корпусі насоса в друге колесо, (де вона отримує додаткову енергію), із другого колеса, крізь відвідний канал у третє колесо й т.д. Таким чином, орієнтовно (без врахування втрат) можна вважати, що напір багатоступінчастого насоса дорівнює напору одного колеса, помноженому на число коліс. Число робочих коліс у багатоступінчастому насосі звичайно не перевищує п’яти.

Основне рівняння відцентрових машин Ейлера. У каналах між лопатями робочого колеса рідина, що рухається уздовж лопаток, одночасно робить обертовий рух разом з колесом.

Для визначення повного напору, що розвивається робочим колесом при перекачуванні ідеальної рідини припустимо, що колесо нерухоме, а рідина рухається по каналах між лопатями з тією ж швидкістю відносно лопаті, що й в обертовому колесі. Абсолютні швидкості руху рідини на вході в колесо c ₁ і на виході з колеса c ₂ є кожна геометричною сумою відносної й колової швидкостей, тому їх можна розкласти (рис. 3 -10) на відносні складові w ₁ і w ₂ (спрямовані уздовж лопатей) і колові складові u ₁ і u ₂ , відповідно (спрямовані по дотичній до кола обертання). Приймаючи за площину порівняння площину робочого колеса, складемо баланс енергії рідини при проходженні її крізь колесо по рівнянню Бернуллі ( z ₁ = z ₂ ) :

Рис. 3 - 10. До виводу основного рівняння відцентрових машин.

При обертанні колеса рідина на виході здобуває додаткову енергію E, яка дорівнює роботі відцентрової сили на шляху довжиною r ₂ – r ₁ . Тоді

(3.19)

Якщо робоче колесо обертається з кутовою швидкістю , то відцентрова сила C , що діє на частинку рідини масою m , дорівнює

де G – вага частинки; r – поточний радіус обертання частинки.

Робота A _G , чинена відцентровою силою при переміщенні цієї ж частинки на шляху r ₂ – r ₁ становить

Добуток кутової швидкості  на радіус обертання r дорівнює коловій швидкості u , тому й

Робота A _G описується рівнянням

Питома робота, віднесена до одиниці ваги рідини, дорівнює питомій енергії, що здобувається рідиною в насосі. Тому .

Підставляючи цей вираз в рівняння (3.19), одержимо:

, звідки