Выбор угла установки лопатки на выходе

На выходе из рабочего колеса лопатки могут быть изогнуты по направлению вращения назад (β_2Л < 90°) или вперёд (β_2Л > 90°), либо оканчиваться радиально (β_2Л = 90°) (рис. 5.16).

Рис. 5.16. Формы лопаток центробежного насоса

На рис. 5.17. изображены треугольники скоростей на выходе из рабочего колеса с бесконечным числом лопаток, соответствующие этим трём формам лопаток. Из треугольников скоростей следует, что при увеличении угла β_2Л окружная составляющая абсолютной скорости υ_U2∞ увеличивается. Следовательно, согласно уравнению (5.27.), напор насоса при увеличении β_2Л повышается. Это делает, на первый взгляд, выгодным применение лопаток, изогнутых по ходу вперёд. Тем не менее, рабочие колёса центробежных насосов выполняют, как правило, с лопатками, изогнутыми по ходу назад. Причины этого следующие.

Рис. 5.17. Треугольники скоростей на выходе для лопаток различных форм

1. Из рис. 5.16. следует, что у рабочих колёс с радиальными и изогнутыми вперёд лопатками канал между последними получается коротким и с большим углом расширения, вследствие чего гидравлические потери в них значительно больше, чем в колёсах с лопатками, изогнутыми назад.

2. Найдём отношение потенциального напора Н_пот к теоретическому Н_Т. Согласно уравнениям (5.29), (5.28), (5.14),

Коэффициент ρ называется коэффициентом реакции. При бесконечном числе лопаток с учётом уравнения (5.31) получим

Из этого уравнения видно, что чем больше угол β_2Л, тем меньше коэффициент реакции. Таким образом, при увеличении угла β_2Л установки лопатки на выходе повышается доля скоростного напора, который должен быть преобразован в пьезометрический в диффузорной части отвода, что сопровождается большими гидравлическими потерями.

3. На рис. 5.18 изображены теоретические характеристики насоса с бесконечным числом лопаток при различных углах установки лопатки на выходе. Из уравнения (5.32) следует, что при β_2Л > 90°, и ctg β_2Л < 0 напор увеличивается при увеличении подачи; при β_2Л = 90° и ctg β_2Л = 0 напор не зависит от подачи; при β_2Л < 90° и ctg β_2Л > 0 напор уменьшается при увеличении подачи. Форма характеристики, получающейся при β_2Л 90°, приводит к неустойчивой работе насоса в установке (см. п. 5.15).

4. Из рис. 5.18 следует, что гидравлическая мощность N_г∞=Q_KρgH_T∞, а следовательно, и потребляемая мощность насосов с лопатками, изогнутыми назад, изменяется с изменением подачи сравнительно мало. Это создаёт благоприятные условия для работы приводного двигателя, который при изменении подачи насоса в довольно широких пределах работает почти в постоянном режиме. Круто поднимающаяся кривая мощности наосов, имеющих лопатки, изогнутые по ходу вперёд, приводит к тому, что незначительные изменения подачи ведут к большому изменению мощности и, следовательно, к необходимости выбирать двигатель повышенной мощности.

Рис. 5.18. Характеристики центробежного насоса различных форм лопаток

В современных насосах угол установки лопаток на выходе выбирают в пределах β_2Л = 16 ÷ 40°.