Basis of thermo-vacuum waste processing, Innovatsionnaya

 
Материалы и методы 
Одним из основных показателей на сегодняшнее 
время, характеризующим объект, в частности насос, 
являются затраты энергии на процесс перекачивания. 
Показателем, характеризующим данный процесс, будет 
являться коэффициент полезного действия насоса. Так 
как кавитация является показателем, влияющим на 
падение напора или КПД, то необходимо также 
учитывать данный показатель при разработке новой 
конструкции насоса. 
Для расчета рабочих колес широкое распрост-
ранение получили методы, основанные на струйной 
теории и при использовании теории подобия. Оба метода 
широко 
используют 
характерные 
параметры 
и 
коэффициенты [5, с. 18].
В силу исторически сложившихся обстоятельств 
преобладающее распространение получил коэффициент 
быстроходности n
s
, который в первую очередь харак-
теризует коэффициент полезного действия, а также 
форму проточной части и соотношение геометрических 
размеров [6, с. 120; 7, с. 95]: 
4
3
65
3
Н
Q
n
,
n
s



, (1) 
где Q – подача насоса, м
3
/с; Н – напор насоса, м. 
Коэффициент быстроходности показывает, что 
колесо лопастного насоса, предназначенное для работы с 
заданными напором и подачей, будет обладать большей 
быстроходностью, если частота вращения рабочего 
колеса будет выше. В свою очередь, увеличение частоты 
вращения обуславливают малые размеры и массу насоса 
при высоком коэффициенте полезного действия. 
Поэтому применение колес с высоким коэффициентом 
быстроходности экономически целесообразно ввиду 
большого запаса энергии. 
Численное значение коэффициента быстроход-
ности также необходимо при выборе факторов влияния 
на пересчет характеристических линий насоса при подаче 
вязких или содержащих твердые вещества жидкостей
[7, с. 95]. 
В зависимости от быстроходности n
s
конструк-
тивные схемы рабочих колѐс классифицируют следую-
щим образом: центробежные (тихоходные, нормальные, 
быстроходные), диагональные, осевые (рис. 1) [7, с. 96]. 
Лопасти различной быстроходности имеют неоди-
наковые условия работы. Примером служит тихоходное 
колесо на рисунке 1, а. Образованные струйки потока 
жидкости перемещаются практически в одинаковых 
условиях, а входная кромка лопасти лежит на 
цилиндрической поверхности, при этом лопасть является 
цилиндрической. Данная отличительная особенность 
характерна для радиальных центробежных колес. 
Рабочие колеса нормального и быстроходного типа, 
имеющие лопасти, входные кромки которых вынесены в 
область поворота потока жидкости, то есть в ту зону, где 
направление потока жидкости будет меняться от осевого 
к радиальному [8, с. 85]. 
Наименьшее механическое воздействие на молоко 
и пищевые жидкости различной вязкости оказывает 
центробежное колесо тихоходного типа. Поэтому можно 
рассмотреть классификацию лопастных рабочих колѐс по 
типу конструкции и представить в виде схемы (рис. 2). 

---

80
а 
б 
в 
г 
д 
Рисунок 1 – Конструктивные типы рабочих колес: а – тихоходное рабочее колесо (n
s 
= 40…80);
б – нормальное рабочее колесо (n
s 
= 80…150); в – быстроходное рабочее колесо (n
s 
= 150…300);
г – диагональное рабочее колесо (n
s 
= 300…800); д – осевое рабочее колесо (n
s 
≥ 800) 
Из представленной схемы видно, что конструкции 
рабочего колеса центробежного колеса могут быть раз-
личными. Налучшие по эксплуатационным показателям – 
это колеса закрытого типа. Но, как показывает практика, 
некоторые производители насосов пытаются изготовить 
рабочее колесо более простым способом, и при этом 
заложить в него эксплуатационные характеристики, 
обладающие надѐжностью и стабильностью в работе. 
Для того чтобы определиться в выборе 
конструкции рабочего колеса, можно руководствоваться 
двумя показателями: КПД и кавитационный запас. 
Поэтому для оценки КПД и кавитационных качеств 
центробежных насосов, предназначенных для перекачки 
пищевых продуктов, можно использовать методику, 
предложенную во ВНИИГидромаш [7, с. 96].
Рисунок 2 – Классификация лопастных рабочих колѐс 
При 
получении 
зависимостей 
используется 
принцип построения огибающих, проводимых через 
опорные точки со значениями наиболее высоких дости-
гаемых показателей. Для лопастных насосов с закрытым 
рабочим колесом и расчетным диаметром входа D
0
в 
колесо [9, с. 158]: 
3
0
o
Q
D
k
n


, (2) 
где k
0
– расчѐтный коэффициент входной воронки колеса; 
n – частота вращения рабочего колеса, мин
-1
.
Наружный диаметр рабочего колеса определяется 
приближенно, что позволяет оперировать понятием 
«минимально достижимой относительной толщины 
стенки 
отливки». 
Эта 
толщина 
связана 
с 
технологическими возможностями литья и важна для 
выпуска насосов. Поэтому 
имеем следующие 
соотношения геометрических параметров: 
2
0
2 5
D
,
D

, (3) 
где D
2
– диаметр рабочего колеса, мм. 

---

81
Кавитационные качества насоса определяют, 
используя коэффициент кавитации: 
4
3
6
216
10
s
n
σ


. (4) 
Помимо коэффициента кавитации используют 
кавитационный 
коэффициент 
быстроходности, 
вычисляемый для оптимального режима работы 
центробежного насоса, т. е. при подаче и напоре, которые 
соответствуют максимальному КПД насоса [10, с. 25]: 
4
3
3
62
5
)
Δh(NPSH
Q
n
,
C
опт



, (5) 
где ∆h(NPSH3) – кавитационный запас, соответствующий 
3 % падению напора, м. 
Таким образом, описанные выше выражения 
позволяют руководствоваться методом для оценки 
уровня КПД и кавитационных качеств центробежных 
насосов, которые можно применять как инструмент 
подбора оптимального насоса, а также как методику 
определения 
различных 
коэффициентов 
размеров 
рабочих колес и отводов при проектировании новых 
насосов. Благодаря данной методике можно заранее 
задаваться 
геометрическими 
параметрами 
при 
проектировании новых насосов и стремиться к 
улучшению напорно-расходной характеристики. 
Из анализа конструктивных схем лопастных насо-
сов видно, что в каждой конструкции имеет место уста-
новка различных устройств для повышения качества наг-
нетания и смешивания. На данный момент идет тенден-
ция к разработке насосов-смесителей, которые совмеща-
ют в себе функции нагнетающего устройства и смесителя. 
Таким образом, центробежные насосы, получив-
шие большое распространение в различных линиях 
(доения, первичной обработки, переработки и т. д.), 
можно модернизировать в смеситель при сохранении 
функции насоса. 
Но при этом рассматривая проблему повышения 
эффективности животноводства, следует иметь в виду, 
что интенсификация производства на современном этапе 
развития аграрного сектора в условиях рыночной 
экономики предполагает не только рост дополнительных 
вложений на единицу площади и голову животных. В 
первую же очередь должны быть усовершенствованы 
средства 
интенсификации 
на 
основе 
внедрения 
достижений научно-технического прогресса, улучшения 
качества животных. Необходимо также разработать и 
внедрить новые прогрессивные технологии, обеспечить 
совершенствование в соответствии с изменившейся 
техникой и технологией организации производства труда 
[11, с. 26; 18, с. 811; 19, с. 67; 21].
При разработке установки для приготовления 
смесей были учтены данные соотношения при 
проектировании рабочего колеса.
На рисунке 3 показана схема работы рабочего 
колеса установки, где видно, что жидкость поступает в 
центр рабочего колеса и далее в межлопастные каналы. А 
сыпучий или порошкообразный материал попадает через 
окна 1 в другую часть межлопастных каналов [12, с. 233]. 
Рисунок 3 – Схема рабочего колеса установки для приготовления смесей: 
– жидкость; 
– сыпучий или порошкообразный компонент 

---

82