Шнекоцентробежного насоса
РАЗДЕЛ 3. ТЕОРИЯ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА В ШНЕКОЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСАХ
СХЕМА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ШЦБН
(По лабораторной работе № 1)
Рис. 3.1.
Проточная часть ШЦБН состоит из следующих элементов. Входное устройство – подвод расположен между сечениями вх-вхи1ш-1ш.Шнек размещен между сечениями 1ш-1ши2ш-2ш.Область между сечениями 2ш-2ши1ц-1ц называется переходным каналом. Между сечениями 1ц-1ци2-2 находится центробежное РК. За ним между сечениями 2-2и3-3 расположен безлопаточный (щелевой) диффузор.
За щелевым диффузором иногда между сечениями 3-3и4-4 устанавливается лопаточный диффузор (ЛД). Хотя ЛД усложняет конструкцию насоса, но позволяет несколько снизить диаметральные размеры, а также повысить жесткость и прочность корпуса насоса в случае его тонких стенок.
Далее между сечениями 4-4иГ-Гразмещается так называемый «язык» спирального сборника, а между сечениями Г-Гивых-вых – конический диффузор. В сечении Г-Г располагается самое узкое место конического диффузора – его горло.
ИЗМЕНЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ РАБОЧЕГО ТЕЛА ВДОЛЬ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ
ШНЕКОЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА
Рис. 3.2.
3.2.1. Характер изменения абсолютной скорости
(5...10 м/с на входе и 10...20 м/с на выходе)
- в подводе абсолютная скорость растет, т.к. канал конфузорный
вх – 1 ш: с(конф.);
- в шнеке абсолютная скорость растет, т.к. подводится механическая работа к рабочему телу
1 ш – 2 ш: с (механическая работа).
Это видно и из треугольников скоростей на входе в шнек и на выходе из него.
- в переходном каналеабсолютная скорость меняется незначительно.
Определим, возрастает с или убывает.
Абсолютную скорость можно представить в виде векторной суммы двух составляющих: окружной и меридиональной. Меридиональная составляющая является проекцией абсолютной скорости на меридиональную плоскость и равна векторной сумме окружной и радиальной составляющих абсолютной скорости.
Рассмотрим в отдельности, как меняется окружная и меридиональная составляющие абсолютной скорости в переходном канале.
v Окружная составляющая абсолютной скорости 
.
Для определения, как изменяется окружная составляющая абсолютной скорости в переходном канале, запишем уравнение момента количества движения для одной струйки тока, расположенной на среднем радиусе:
Рис. 3.3.
где 
– момент сил от обтекаемых тел; 
– момент сил, действующих по поверхности контрольного объема.
= 0, т.к. обтекаемых тел нет.
= 0, потому что механическая работа в переходном канале не подводится, а моменты от сил давления взаимно компенсируются.
Разделим все члены уравнения на 
, так как расход постоянен.
или 
,
откуда 
.
Следовательно 
, так как 
.
Вывод: 
- окружная составляющая абсолютной скорости уменьшается по величине в переходном канале.
v Меридиональная составляющая абсолютной скорости.
Для определения, как изменяется меридиональная составляющая абсолютной скорости в переходном канале, запишем уравнение расхода:
(Расход для насосов обозначается 
).
Распишем расход через плотность, скорость и площадь:
С учётом того факта, что, как правило, плотность для рабочего тела насосов не меняется, запишем: 
, или
. Обычно эти площади равны, или площадь на входе в РК чуть превышает площадь на выходе из шнека: 
(чуть).
Следовательно, 
- меридиональная составляющая абсолютной скорости не возрастает.
Окружная составляющая абсолютной скорости убывает, меридиональная – не возрастает, следовательно, 
и составляет ~3...5 м/с.
- в рабочем колесе абсолютная скорость возрастает из-за подвода механической работы
1 ц – 2: с (подвод механической работы).
- в щелевом диффузоре: определим, как изменяется здесь абсолютная скорость.
Рассмотрим сечение окружной плоскостью и 2 составляющие абсолютной скорости: окружную и радиальную. Ширина на входе в щелевой диффузор равна ширине на выходе из щелевого диффузора и равна b.
Рассмотрим элементарную струйку потока.
Рис. 3.4.
Скорость 
имеет 2 составляющие: 
и 
.
Определим характер изменения 
и .
v Как изменяется окружная составляющая абсолютной скорости
Запишем уравнение момента количества движения
.
Момент от обтекаемых тел равен нулю, т.к. в щелевом диффузоре нет обтекаемых тел. Чему равен момент от сил, действующих по поверхности контролируемого объема = ?
– действует по радиусу по всей окружности;
– действует по радиусу по всей окружности навстречу .
= 0, т.к. и не создают момента относительно оси ЛМ: они направлены по радиусу и не имеют осевой составляющей.
Давления, действующие по боковым поверхностям щелевого диффузора, тоже не создают момента относительно оси ЛМ, т.к. они направлены параллельно оси. Тогда 
, откуда, с учётом, что поток стационарный, получим 
.
Следовательно, 
т.к. 
.
окружная составляющая абсолютной скорости уменьшается.
v Как изменится радиальная составляющая абсолютной скорости?
Запишем уравнение расхода рабочего тела:
; 
.
Заметим, что: 
; 
(площадь поперечного сечения увеличивается); 
;
; 
. Отсюда
Общий вывод:
- в лопаточном диффузоре: абсолютная скорость падает, т.к. увеличивается площадь поперечного сечения
3 – 4: с ¯ (т.к. канал диффузорный).
- в спиральном сборнике и коническом диффузоре абсолютная скорость падает по тем же причинам
4 – Г – Вых: с ¯ (т.к. канал диффузорный).