1. Безнапорное движение жидкости. Особенности гидравлики безнапорных потоков

20. Форма лопастей и их влияние на теоретический напор центробежного насоса.
Форму лопаток (лопастей) рабочего колеса насоса можно характеризовать углом β₂, с которым лопатка подходит к выходному сечению (рис. 16.2). Это угол между касательной к лопасти и продолжением (отрицательным направлением) переносной скорости – на выходе из рабочего колеса.
Определим, как форма лопастей, и, следовательно, угол β₂ влияет на теоретический напор, создаваемый насосом.
Рассмотрим формулу (16.6) для теоретического напора в предположении, что угол входа лопасти в колесо 90°. Преобразуем ее так, чтобы в нее в явном виде входил угол β₂. Треугольник скоростей приведен на рис. 16.3.

Рис. 16.3

Здесь, как и на рис. 16.2:

u – окружная скорость – направлена по окружности;
w – относительная скорость – направлена по касательной к лопатке;
c – абсолютная скорость – геометрическая сумма скоростей u и w;
с_2r – радиальная составляющая абсолютной скорости потока жидкости, направленная по радиусу от оси вращения;
c_2u – касательная составляющая скорости, направленная по касательной к окружности, которую описывает при вращении конец лопасти.
Индекс 2 означает, что мы рассматриваем сечение на выходе из колеса.
Из рис. 16.3 видно, что
,
откуда
.
Подставив это выражение в формулу для напора (16.6), получим

.

(16.11)

Исследуя эту зависимость, рассмотрим три типа лопастей колеса центробежного насоса (рис. 16.4): загнутые назад (а), радиальные (б) и загнутые вперед (в).

Рис. 16.4

1. 
   Лопасти, загнутые назад (рис. 16.4.а).
   

В этом случае имеем β₂ < 90º, ctg β₂ > 0, следовательно, из (16.11) вытекает
.

2. 
   Радиальные лопасти, т. е. такие, у которых касательная к выходной кромке направлена по радиусу (подходят к выходу под углом 90°) (рис. 16.4.б).
   

Здесь β₂ = 90º, ctg β₂ = 0, и, следовательно,
.

3. 
   Лопасти, загнутые вперед (рис. 16.4.в).
   

β₂ > 90º, ctg β₂ < 0, и .
В результате видим, что в третьем случае, т. е. при лопастях, загнутых вперед, возникает наибольший напор. Однако именно при таком типе лопастей появляются наибольшие завихрения и, следовательно, наибольшие гидравлические потери.
В современных насосах лопасти делают слегка загнутыми назад для уменьшения гидравлических потерь и повышения КПД. При этом более высокий напор получают благодаря большей интенсивности работы двигателя.