Движение жидкости в лопастном колесе

Задачи элементарной теории. Лопастное колесо является основным элементом насоса и в значительной мере предопределяет всю его конструкцию. Поэтому теория лопастного колеса занимает ведущее место в теории насосов. Основное уравнение лопастных машин (2. 39) позволяет свести задачу по определению напора лопастного колеса к определению приращения момента количества движения потока жидкости в колесе, т. е. свести задачу динамическую к кинематической. Но основное уравнение не устанавливает связи между формой и размерами лопастного колеса, с одной стороны, и создаваемым им изменением момента количества движения потока — с другой. Кинематическое исследование потока идеальной жидкости в области колеса на основе уравнений гидродинамики приводит в общем случае (п. 17) к неразрешенным до настоящего времени задачам. Движение реальной жидкости в области колеса в еще меньшей степени доступно исследованию теоретическим путем. Поэтому изучение движения жидкости в колесе производится на основе упрощенных теоретических схем явления с последующей корректировкой полученных результатов данными опыта. При расчете проточной части колес с часто расположенными лопастями (так, что между ними образуются каналы достаточной длины по сравнению с размерами поперечного сечения) основываются на элементарной струйной теории. Для расчета колес с редко расположенными лопастями, когда можно в первом приближении пренебречь их взаимным влиянием, допустимо использование теории и опыта обтекания единичного профиля. Таким образом, существуют две элементарные теории. Пригодность той или иной из них для расчета лопастного колеса определяется относительной величиной поправки на несоответствие результатов расчета данным опыта, а также устойчивостью значения поправки. Если теория удерживает главнейшие черты реального явления, то она является основанием для накопления и обобщения данных опыта. [c.73]

При недогрузке в области больших сечений спирального отвода, т. е. области повышенного давления, имеют место отрицательные значения скорости V/. жидкость на этом участке дуги окружности входит обратно из спирального отвода в лопастное колесо. Заметим, что по данным испытания поле давлений и скоростей при нормальной подаче достаточно симметрично относительно оси колеса. Следовательно, сочетание спирального отвода и лопастного колеса в данном насосе обеспечивает на нормальном режиме установившееся движение в лопастном колесе, чем в известной мере гарантируется высокий к. п. д. насоса т] = 88,6%. [c.221]

В лопастных (лопаточных) насосах преобразование энергии двигателя происходит в процессе обтекания лопастей (лопаток) колеса и их силового воздействия на поток. У вихревых насосов преобразование энергии двигателя происходит в процессе интенсивного образования и разрушения вихрей при увлечении быстро движущимися частицами жидкости в ячейках колеса медленно. движущихся частиц жидкости в боковых или охватывающих верхнюю часть колеса каналах (вихревой эффект). При движении жидкости в колесе [c.4]

ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ В ЛОПАСТНОМ КОЛЕСЕ [c.31]

Второе движение можно получить, если перекрыть каналы по торцам и вращать лопастное колесо с угловой скоростью со. Вследствие инерции жидкости в этом случае в каналах возникает вихревое течение ( относительный вихрь ). Для пояснения рассмотрим движение невязкой жидкости в круглом закрытом со- [c.31]

Главная причина закручивания — возвратное движение жидкости в лопастном колесе (рециркуляция) при небольших ее расходах. Такой меридиональный вихрь, наиболее интенсивный при нулевой подаче насоса (рис. 2.3, б), по происхождению и действию аналогичен тому, который увлекает жидкость в боковом канале вихревого насоса (см. рис. 1.2). С увеличением подачи действие вихря ослабевает, и жидкость подходит к лопастям практически без закручивания, т. е. Сщ = О и [c.33]

Дисковые потери можно определить достаточно точно при вращении в насосе лопастного колеса, залитого парафином. Они зависят от характера движения жидкости в пространстве между колесом и корпусом. При вращении колеса, залитого парафином, характер этого течения изменяется незначительно. [c.37]

Турбинные мешалки имеют лопастное колесо (турбину) с прямыми или загнутыми назад лопатками открытого или закрытого типа (рис. Х1Х-6). Турбинное колесо закрытого типа имеет специальный направляющий аппарат по типу насосного агрегата, обеспечивающего интенсивное движение жидкости в виде струй от центра колеса к его периферии. [c.344]

Основная часть момента М, обозначим ее Ai , передается турбинному колесу потоком жидкости, обтекающим лопастные системы, Объемный расход циркулирующей жидкости обозначим Q. Как показано в 3-2, применительно к лопастному колесу центробежного насоса, величина равна изменению момента количества движения потока, вызванному воздействием лопаток колес. Обычно в колесах гидромуфт устанавливают простейшие плоские радиальные лопатки. Согласно обозначениям на рис. 5-15 момент, расходуемый двигателем на увеличение момента количества движения потока в насосном колесе, [c.383]

В гидромуфте между насосным и турбинным колесами отсутствуют какие-либо элементы, способные изменить момент количества движения потока. Поэтому увеличение момента количества движения в насосном колесе всегда равно его уменьшению в турбинном колесе, и величина крутящего момента, развиваемого лопастной системой турбинного колеса, также равна М. Отсюда следует, что передача момента потоком жидкости осуществляется [c.294]

Рассмотрим характер движения жидкости между лопастными колесами в гидромуфте такого типа при ее частичном заполнении. [c.315]

Турбинные мешалки представляют собой один или два диска с укрепленными на них плоскими, наклонными или криволинейными лопатками (рис..>/1-32, б). Они бывают открытые и закрытые (имеющие лопастное колесо с каналами). Турбинные мешалки по существу являются усовершенствованной конструкцией лопастных мешалок и в аппарате они создают радиальные потоки с тангенциальным (круговым) движением жидкости и адсорбента. Для уменьшения кругового движения жидкости и повышения турбулентности системы на стенках корпуса аппарата рекомендуется устанавливать отражательные перегородки. Обычно достаточно четырех симметрично расположенных перегородок, однако в крупных аппаратах их число может достигать шести — восьми. Оптимальная ширина перегородки у составляет от 0,08 до 0,1 диаметра реактора, минимальная высота перегородки должна равняться двум диаметрам мешалки, но как правило принимается равной высоте жидкости в аппарате. Если перегородки установлены на некотором расстоянии от стенок аппарата, то ширина перегородок должна составлять 0,08 > при расстоянии между стенкой и перегородкой, равном 0,2 ширины перегородки. [c.176]

Рабочее колесо любого лопастного нагнетателя представляет собой решетку несимметрично установленных профилей, которые приводятся в движение (вращение) с помощью электродвигателя. Переносное движение, вызванное вращением рабочего колеса, и несимметричное расположение профиля по отношению к жидкости вызывают появление сил реакции между профилем и жидкостью. При работе этих сил осуществляется передача эиергии жидкости, в результате чего появляется отно сительное движение жидкости и, следовательно, ее непрерывное нагнетание. [c.46]

Среди лопастных насосов наиболее распространенными являются центробежные. Основным рабочим органом центробежного насоса (рис.3.17) является колесо 2, насаженное на вал 9 и помещенное в улиткообразном корпусе 1. Колесо представляет собой два диска, соединенных в единую конструкцию лопастями (лопатками) 2, разделяющими пространство между дисками на ряд криволинейных каналов для прохода жидкости. В одном из дисков (на рис. 3.17 — левый) имеется отверстие для входа жидкости в насос из всасывающего трубопровода 5. На входе в последний нередко устанавливают фильтр 7, препятствующий попаданию в насос грубых механических примесей. Кроме того, на всасывающей линии, как правило, ставят обратный клапан 6, закрывающийся под действием силы тяжести при отсутствии движения жидкости и тем самым предотвращающий опорожнение насоса. Перед первым пуском корпус насоса и всасывающий трубопровод заливают жидкостью по отдельной линии 4. Центробежные насосы для обеспечения достаточно высоких напоров, как правило, работают с частотой вращения рабочего колеса порядка 20 об/с (обоснование столь высоких скоростей вращения дано в разд. 3.3.1). Поэтому вал насоса соединяется при помощи муфты непосредственно с валом электродвигателя (чаще всего — без редуктора и других передаточных устройств). Герметизация места ввода вала 9 в корпус 1 осуществляется при помощи сальникового уплотнения 10. [c.295]

Отводящие устройства (отводы) лопастных насосов обеспечивают осесимметричный поток жидкости за рабочим колесом, создавая тем самым условия для установившегося относительного движения в области колеса, уменьшают момент скорости и преобразуют кинетическую энергию потока, выходящего из колеса, в энергию давления с отводом потока к выходному патрубку или в следующую ступень насоса. [c.72]

Это увеличение объясняется следующим образом. Перед передней плоскостью лопатки по ходу вращения создается повышенное давление, а на противоположной поверхности, наоборот — пониженное давление. Частицы жидкости, заполняющие кольцевые каналы, устремляются в зоны пониженного давления. Далее вследствие меньшей скорости движения жидкости в каналах по сравнению со скоростью вращения лопаток эти частицы попадают в зоны повышенного давления перед очередными набегающими лопатками и снова отбрасываются в каналы, получая при этом дополнительный запас энергии. Жидкость попадает несколько раз в меж-лопастные полости, и каждый раз происходит приращение ее энергии. В меридианном Сечении частица жидкости совершает вихревое движение с продольным вихрем, а в направлении окружности рабочего колеса — винтообразное (траектории аб, рис. 1.22) и радиальное вихревое. [c.26]

Иначе обстоит дело в лопастном колесе. В этом случае оказывается более удобным и целесообразным исследовать относительное движение потока жидкости с построением известным из механики способом плана скоростей. Задать план скоростей — это значит установить величину и направление скорости в каждой точке поля. [c.19]

Приведенные выше выражения (11.27), (11.28) и (11.29) дают значение давления, развиваемого лопастным колесом при отсутствии потерь. В действительности при движении жидкости в нагнетателе происходят различные. потери, которые учитываются коэффициентом полезного действия (к.п.д.), характеризующим отношение полезной (теоретической) мощности Л/ т к мощности затраченной [c.27]

На рис. 10 и 11 представлены схемы центробежного и осевого насосов. Как центробежный, так и осевой насосы состоят из корпуса 1 и свободно вращающегося в нем лопастного колеса 2. При вращении колеса в потоке жидкости возникает разность давлений по обе стороны каждой лопасти и, следовательно, силовое взаимодействие потока с лопастным колесом. Силы давления лопастей на поток создают вынужденное вращательное и поступательное движение жидкости, увеличивая ее давление и скорость, т. е. механическую энергию. Очевидно, что удельное приращение энергии [c.14]

Таким образом, изменение энергии частицы идеальной жидкости при установившемся абсолютном движении потока невозможно, что лишний раз подтверждает неизбежность неустановившегося абсолютного движения жидкости в лопастном колесе. Уравнение Бернулли неприменимо к исследованию абсолютного движения среды в области лопастного колеса. Оно может быть использовано лишь для анализа движения жидкости в элементах проточной части корпуса машины, где абсолютное движение установившееся. Для исследования потока в лопастном колесе необходимо рассмотреть уравнение энергии вдоль элементарной струйки в относительном движении, которое при расчетном режиме является установившимся. [c.43]

Проследим за изменением удельной энергии каждой частицы жидкости в области лопастного колеса, пользуясь уравнением (2. 52). Для определения постоянной составим это уравнение от некоторого находящегося до колеса сечения, в котором как абсолютное, так и относительное движение является установившимся, до некоторой частицы х, расположенной внутри колеса [c.44]

Уравнение (2. 55) показывает, что при установившемся относительном движении идеальной несжимаемой жидкости приращение удельной механической энергии частицы происходит пропорционально изменению ее момента скорости. Применяя уравнение (2. 55) в пределах от точки 1 в сечении потока при входе в колесо до точки 2 в сечении при выходе потока из колеса, получим полное изменение удельной энергии частицы в лопастном колесе, т. е. теоретический напор [c.45]

Перейдем к рассмотрению нестационарного абсолютного движения жидкости. Эта форма характерна для движения жидкости в области лопастного колеса, а также при переходных процессах для всей области проточной части машины. [c.47]

Разложение поля относительных скоростей в лопастном колесе на составляющие. Полный кинематический анализ движения идеальной жидкости в лопастном колесе при различных режимах работы может быть произведен разложением поля скоростей на составляющие, каждая из которых пропорциональна подаче, циркуляции скорости и угловой скорости вращения. Определим абсолютную скорость v в области колеса, составляя градиент потенциальной функции ф. По уравнению (2. 109) имеем [c.61]

Обособленно стоит задача обтекания вращающейся круговой решетки. Она менее проработана. Мы находим ее решение для частного случая бесконечно тонких лопастей, очерченных по логарифмической спирали [841. Однако это решение сложно по своему существу и вычислению. Решение этой задачи может быть найдено экспериментально методом аналогии с прогибом мембраны, опирающейся на контур лопастей и подверженной одностороннему давлению [84]. На рис. 42 даны линии тока в потоке вытеснения при вращении лопастного колеса в неподвижной в бесконечности жидкости (даны мгновенные линии тока неустановившегося абсолютного течения). На рис. 43 изображены линии тока в потоке вытеснения для относительного движения. [c.62]

Возникает необходимость применить другую схему движения жидкости, которая должна быть возможно простой, должна отражать закономерности реального процесса, позволять обобщать накапливаемый опыт и на базе такого обобщения строить расчет лопастной системы колеса. [c.99]

В настоящее время для радиально-осевых колес находит широкое применение схема осесимметричного потока, т. е. так называемая схема бесконечного числа лопастей, оправдавшая себя применительно к радиальным колесам. Эта схема приводит трехмерную задачу обтекания лопастной системы к двухмерной, т. е. к задаче движения жидкости по поверхности лопасти, так как движение по заданной поверхности определяется двумя координатами. Очевидно, что такая схематизация реального явления значительно упрощает математическую постановку вопроса. Появляется возможность деления потока в области колеса на отдельные струи (рис. 61) поверхностями тока, имеющими форму поверхностей вращения. [c.99]

Возмущение, вызываемое телом в потоке идеальной жидкости, выражается только искривлением линий тока при обтекании контура тела. Сам контур тела является линией тока. Такое возмущение может быть названо возмущением формы. В потоке вязкой жидкости на возмущения формы накладываются возмущения, вызываемые вязкостью. В случае плохо обтекаемой формы тела вязкие возмущения существенно нарушают всю картину движения жидкости. При хорошо обтекаемой форме тела с плавными обводами вязкие возмущения почти не нарушают внешней картины течения, хотя динамическая сущность движения идеальной и вязкой жидкостей остается принципиально различной. В этом случае при больших значениях Не вязкие возмущения ограничены слоем незначительной толщины у поверхности контура — пограничным слоем — и спутной струей — гидродинамическим следом за телом. Гидродинамические потери в потоке сосредоточиваются преимущественно в пограничном слое и гидродинамическом следе. Основное же движение жидкости во внешнем потоке происходит почти без рассеяния механической энергии. Вихри, сбегающие с поверхности обтекаемого тела и располагающиеся в гидродинамическом следе, постепенно затухают, вследствие действия сил вязкости, и их кинетическая энергия переходит в тепловую. В лопастных. машинах вообще, и в частности в насосах, движение жидкости всегда происходит при больших значениях Ке, а элементам проточной части придается по возможности обтекаемая форма. Поэтому можно считать, что причинами возникновения потерь всегда являются процессы, происходящие в пограничном слое. При достаточно густых решетках лопастей в рабочих колесах и значительной протяженности каналов проточной части корпуса пограничные слои, сходящие с обтекаемых лопастей в форме гидродинамических следов, сливаются вместе и образуют общий завихренный поток. Пути сокращения гидравлических потерь в лопастных машинах должны основываться на анализе физических явлений у стенок, к рассмотрению которых мы и перейдем. [c.133]

Потери вихреобразования при движении жидкости в лопастном колесе могут иметь место вследствие ряда причин. [c.144]

Потери гидравлического торможения. При уменьшении подачи лопастного колеса нарушается соответствие формы элементов проточной части корпуса насоса характеристике потока при входе и выходе из лопастного колеса. Вследствие этого турбулентность потока в области перехода из колеса в корпус резко возрастает, что ведет к усиленному обмену количеств движения частиц жидкости, находящихся в области лопастного колеса, и частиц, расположенных в области проточной части корпуса. При более значительном снижении подачи возникают противотоки так, [c.147]

Потери в проточной части корпуса насоса следует также рассматривать под углом зрения механики вязкой жидкости. Однако вследствие отсутствия переносного движения обстоятельства там складываются проще, чем в лопастном колесе, и потери могут быть легче сравнимы с относительно лучше изученными потерями в неподвижных каналах той или иной формы. [c.148]

Движение жидкости от поверхности свободного уровня до поступления потока в лопастное колесо насоса происходит за счет начальной потенциальной энергии. Работа, затрачиваемая на подъем воды на высоту Нвс и преодоление сопротивлений всасывающего трубопровода кс1, ведет к уменьшению запаса энергии в жидкости и, следовательно, к падению давления в ней. [c.185]

Форма рабочего колеса осевого насоса в общем ряду лопастных колес (с]м. рис. 19) является предельной. В лопастной системе осевого насоса, в том числе и в его рабочем колесе, преимущественное направление движения жидкости осевое. Лопастная система насоса как бы встроена в цилиндрическую трубу. Такая форма проточной части обусловливает максимальную конструктивную простоту осевого насоса по сравнению со всеми другими типами лопастных насосов. При больших подачах, т. . больших диаметрах трубопроводов, этот тип насосов обеспечивает минимальные габариты насосной установки. [c.228]

Лопастные насосы разделяются на центробежные (радиальные), диагональные и осевые (пропеллерные). В центробежных насосах движение жидкости в рабочем колесе происходит от центральной части к периферии по радиальным направлениям, т. е. в потоке частиц жидкости нет осевых составляющих абсолютной скорости. В диагональных насосах частицы жидкости движутся по поверхностям вращения с образующими, наклонными к оси, т. е. осевые и радиальные составляющие абсолютной скорости — величины одного порядка. В осевых насосах частицы жидкости движутся в осевом направлении. Лопастные насосы обладают малой способностью самовсасывания. Поэтому пра пуске их всасывающую трубу и колесо заливают жидкостью, применяя различные способы. Лопастные насосы удобны для непосредственного соединения с быстроходными типами современных электромоторов, паровых и газовых турбин с двигателями внутреннего сгорания. Лопастные насосы отличаются компактностью и легкостью. [c.5]

Гидротрансформаторы, типичные схемы лопастных систем которых представлены на рис. 2.89 и 2.111, отличаются от гидромуфт тем, что кроме насосного 1 и турбинного 2 колес в их рабочей полости установлены жестко соединенные с неподвижным корпусом 4 машины лопастные колеса реактора (направляющего аппарата) 3. Обычно эти колеса устанавливают между выходом из турбинного колеса и входом в насосное колесо, хотя возможна их установка и в другом промежутке между колесами. Реактор, отклоняя жидкость своими лопатками, изменяет момент количества движения потока. Следовательно, в гидротрансформаторе моменты количества движени<г за турбинным колесом и перед входом в насосное колесо не равны друг другу. [c.296]

Строителям-гидротехникам в их практической деятельности по проектированию и возведеиию гидротехнических сооружений, гидроэлектрических и насосных станций всегда приходится сталкиваться с необходимостью использования насосов и гидротурбин. Это определило и структуру книги, и подход к рассматриваемым вопросам, и подбор помещенных материалов. Основное внимание уделено типам и конструкциям гидротурбин и лопастных насосов, их характеристикам и способам подбора с учето1м реальных условий экотлуатации. Теория рабочего процесса, т. е. кинематика и динамика движения жидкости в насосах и гидротурбинах, излагается в таком объеме, который необходим для понимания условий их работы и для обоснования основных расчетных зависимостей. Ни методы проектирования формы рабочих колес и других элементов турбин и насосов, ни вопросы их проч ностных расчетов, ни вопросы технологии изготовления, интересующие опециалистов-механи-ков, здесь не рассматривается. [c.3]

Определение результирующего момента сил взаимодействия лопастного колеса с потоком жидкости представляет собой задачу гидродинамики. Казалось бы, такую задачу можно ставить лишь после анализа явлений внутри области колеса. Однако на самом деле ее разрешение может быть получено с помощью закона моментов количества движения, причем состояния потока внутри колеса исключаются из рассмотрения и остаются лишь состояния на границах рассматриваемой области, т. е. до и после колеса. Это обстоятельство позволяет решить поставленную задачу в более общем виде, с меньшим числом ограничений, чем это имеет место при исследовании потока внутри области колеса, которое сопря (ено с необходимостью значительно большей схематизации действительного явления. [c.33]

Исследование относительного движения идеальной жидкости в области лопастного колеса. Составим уравнение для относительного движения в области колеса, так как оно является установившимся, и, следовательно, создаются благоприятные условия для интегрирования. Используем для этой цели уравнения Громеко в векторйой форме (2. 58), обозначив относительную скорость через w, а переносную — через и. Подвижную систему отсчета свяжем с лопастным колесом так, чтобы переносное движение представляло собой вращение относительно неподвижной оси с постоянной угловой скоростью (В. [c.48]

Возникновение вихрей имеет место при движении жидкости в пограничном слое на стенках колеса из области повышенного давления на напорной стороне лопасти в область пониженного давления на всасывающей сторойе смежной лопасти. Эго приводит к возникновению вторичных токов и образованию так называемых концевых вихрей (рис. 83). Возникновение этих вихрей в известной мере аналогично явлениям, Рис. 82. Отрыв потока от поверхности лопа-происходящим в плавном колене сти и образование сбегающих вихрей трубопровода (см. рис. 92). В коленах трубопроводов разность давлений обусловлена действием центробежной силы при повороте струи. Теоретическое исследование этого явления произвел Лоренц, определив величину теряемой энергии, В лопастных машинах интенсивность такого вихревого движения зависит от разности давлений по обе стороны лопасти, т. е. от удельной нагрузки, приходящейся нд нее. [c.144]

В работающем насосе лопастные колеса подвержены действию различных сил, достигающих иногда значительной величины. Кроме того, ротор насоса находится в состоянии установившегося вращательного движения. Тогда, согласно началу Даламбера, все силы, действующие на него, должны быть уравновещены, что требует специальных мероприятий, существенно влияющих на конструкцию насоса. Для определения условий равновесия ротора в целом необходимо выяснение сил, действующих на отдельное лопастное колесо. Эти силы разделяются 1) на массовые — сила тяжести и сила инерции (центробежные силы и силы, вызванные наличием кориоли-сового ускорения) 2) поверхностные — взаимодействие поверхности колеса с потоком жидкости и реакции в месте крепления колеса на валу. [c.204]