Возможные конфигурации лопастей

Векторы c ₂, u ₂ и w ₂ образуют треугольник скоростей ACO (рис. 3.3). Из треугольника скоростей видно, что длина отрезка AB = AO - BO, причем AO = u ₂, BO = c _2t. Отсюда выразим

c _2t = u ₂ - AB.

В свою очередь, AB = BC ctgb₂ = c _2n×ctgb₂.

Таким образом, находим

c ₂×cosa₂ = c _2t = u ₂ - c _2n×ctgb₂.

С учетом этого выражения рабочая формула для давления насоса представляется в виде

R _t = r u ₂(u ₂ - c _2n×ctgb₂). (3.3)

Из этой формулы видно, что на величину теоретического давления насоса существенно влияет угол выхода b₂ потока из рабочего колеса. Если b₂ < p/2, то лопатки загнуты назад (рис. 3.4, а) к направлению вращения колеса. Давление насоса

R _t < r u ₂².

Рис. 3.3.

При b₂ = p/2 (рис. 3.4, б) лопатки выбрасывают поток по направлению радиальной координаты, идущей от центра колеса. Тогда давление

R _t = r u ₂²,

и оно больше, чем в случае, когда лопатки загнуты назад.

Если b₂ > p/2 (рис. 3.4, в) лопатки загнуты вперед, и давление R _t становится еще больше:

R _t > r u ₂².

а б в

Рис. 3.4.

С технической точки зрения все три варианта вполне осуществимы. Заманчивым представляется третий случай, когда можно получать наибольшие значения R _t. Однако практически целесообразным и экономически выгодным, как выяснится ниже, является насос с загнутыми назад лопатками.

1. Условие возникновения кавитации.

Возьмем, к примеру, стакан воды и поместим его в термостат, где поддерживается постоянная температура, скажем, 20 °C. Если откачивать воздух из термостата, то давление в нем будет снижаться, и, наступит такой момент, когда вода в стакане начнет кипеть. Это происходит вследствие того, что давление в термостате p стало меньше давления насыщенных паров p_n при температуре T = 20 °C:

. (1.1)

Давление p_n можно рассчитать по уравнению Клапейрона-Клаузиуса

,

где T_k - температура кипения при давлении p_k, L - удельная теплота парообразования, R _m - газовая постоянная.

В жидкостных насосах поршень или лопасти движутся с большой скоростью, которая может быстро измениться во времени и пространстве. Например, поршень периодически меняет направление движения. Если это происходит очень быстро, то давление в месте контакта жидкости с поршнем может снизиться настолько, что выполнится неравенство (1.1). Тогда часть жидкости превратится в пар и произойдет отрыв жидкости от поршня. Или, как иногда говорят, жидкость разрывается. В последующем пар конденсируется, и образовавшаяся пустота заполняется жидкостью. Все это происходит за сотые или тысячные доли секунды. Это явление называется кавитацией. Разумеется, в газах кавитация возникнуть не может. Значение давления p зависит от устройства насосов и условий его эксплуатации