Рассмотрим на примере одноколёсного одноступенчатого моноблочного насоса с подводящим устройством в виде конического патрубка и спиральным отводящим устройством:
1- корпус
1А – подводящее устройство
1Б – отводящее устройство
1В – камера уплотнения вала
2 – рабочее колесо
2А – задний диск рабочего колеса
2Б – лопасть (лопатка) рабочего колеса
2В – воронка
2Г – передний диск рабочего колеса
Центробежный насос не обладает самовсасывающей способностью, поэтому перед началом действия их необходимо заполнять жидкостью. Они устанавливаются ниже уровня цистерны и снабжаются вакуумной ступенью или вакуумным насосом.
Когда насос заполнен, происходит следующее: жидкость из всасывающего трубопровода со скоростью 2-3 м/с поступает в подводящее устройство. Здесь с целью предотвращения закрутки потока и сохранения оси симметрии скорость жидкости увеличивается на 10-15%, затем через воронку колеса поток жидкости поступает в межлопастные каналы, где на жидкость действуют силы: тяжести, вязкости, инерции окружного движения, давления лопастей и центробежная. В результате действия указанных сил на каждую частицу жидкости её движение в каналах приобретает сложный пространственный характер (трёхмерный поток).
Основных сил две: сила давления лопастей, которая вовлекает жидкость в переносное окружное движение и сообщает жидкости окружную скорость; возникающая центробежная сила, вовлекающая жидкость в поступательное движение в направлении периферии колеса. Движение жидкости в межлопастных каналах сопровождается увеличением скорости до 1 порядка. С такой скоростью жидкость выходит в отводящее устройство. Здесь скорость жидкости преобразуется в давление, после чего поток направляется в нагнетательный трубопровод.
Когда насос работает с воздухом, происходит то же самое, но плотность воздуха меньше жидкости в 800 раз. Центробежные силы оказываются незначительными, недостаточными для создания разряжения в корпусе насоса, необходимого для всасывания. Поэтому все центробежные насосы не обладают самовсасывающей способностью, и при попадании в рабочую полость насоса воздуха, насос срывает.
Лекция 4
“Теоретический напор центробежного насоса”
Движения жидкостей в межлопастных каналах рабочих колёс центробежного насоса является сложным пространственным процессом (трёхмерным потоком). Это обстоятельство затрудняет анализ движения жидкости и вынуждает прибегать к упрощениям. В частности, при рассмотрении вопроса о теоретическом напоре допускают, что жидкость идеальная невязкая, и таким образом исключается действие сил вязкости. Также допускают, что рабочее колесо имеет бесконечно большое число бесконечно тонких лопастей, которые делят проточную часть рабочего колеса на множество межлопастных каналов одинакового профиля. В этом случае все частицы жидкости будут двигаться каждая через свой межлопастной канал по одинаковым траекториям.
В результате принятых допущений поток жидкости будет струйным и осесимметричным, а все частицы такого потока будут двигаться по одинаковым траекториям и в каждом данном поперечном сечении потока будут иметь одинаковые скорости, а именно:
· Частицы будут иметь переносную окружную скорость, направленную по касательной к окружности колеса
, где:
– диаметр,
– радиус.
· Поступательную радиальную скорость, направленную к периферии колеса:
, где:
– теоретическая подача насоса,
– площадь сечения (
– ширина сечения потока).
· Относительная скорость, направленная по касательной к лопастям 
.
· Абсолютная скорость, величина и вектор которой, определяется в результате построения параллелограмма скоростей 
.
, 
– радиусы окружностей входа и выхода,
– угол входа и выхода жидкости из колеса,
– входной и выходной угол относительной скорости,
– дополняющий угол,
– окружная скорость жидкости,
– проекция вектора относительной скорости 
на вектор 
.
Вопрос о теоретическом напоре рассматривается с использованием закона о моменте количества движения жидкости.
Момент количества движения на обозначим 
:
, где:
– масса жидкости перемещаемая с на за время 
.
Момент количества движения на обозначим 
:
.
Здесь 
, т.е. движение жидкости сопровождается приращением момента количества движения.
Согласно закону, гласящему что изменение момента количества движения жидкости между двумя сечениями потока равно моменту импульса внешней силы, действующей на жидкость:
, где
– внешняя сила действия на жидкость (сила давления лопастей),
– расстояние от центра вращения колеса до центра приложения силы .
Разделим тождество на и умножим на 
(угловая скорость вращения рабочего колеса). Получим:
Подставляя это в исходное выражение, после сокращения равных величин и преобразования относительно 
, получаем:
При безударном входе жидкости на колесо (
)
.
Полученное выражение характеризует количество энергии, сообщённое насосом единице массы жидкости, но не отвечает на вопрос, какая это энергия. Ответ получают с помощью теоремы косинусов:
Подставляя в выражение для напора, получаем выражение для теоретического напора:
Выражение 3 – выражение кинетической энергии, называется динамическим напором. Выражения 1, 2 – приращение потенциальной энергии, которую называют статической составляющей напора.
– коэффициент реактивности.
Лекция 5
“Влияние выходного угла относительной скорости β2
на напор центробежного насоса”
Выражение 
– зависимость между величиной 
и теоретическим напором насоса, получают с помощью выражения: при :
Из планов скоростей:
При заданных размерах и частоте вращения колеса все скорости жидкости, геометрические размеры колеса и подача насоса будут постоянными и следовательно:
Используя это выражения и учитывая, что всегда 
, и изменяя только , исследуем три случая: при 
.
В 1-ом случае лопасть изогнута назад.
Во 2-ом случае лопасть имеет радиальный выход.
Для обеспечения входа жидкости на лопасть, угол 
всегда >90˚.
В 3-ем случае лопасть изогнута вперёд. Уменьшение приводит к увеличению сопротивления напора. В этом случае увеличивается мощность, затрачиваемая на вращение колеса:
.
Кроме того, при уменьшении изменяется величина составляющих напора. Для исследования влияния на составляющие напора, необходимо получить выражения для функций:
Для этого используем выражения:
После преобразования выражения для указанных величин, получаем:
При заданных размерах и частоте вращения колеса 
и 
, остаётся одна переменная . Используя эти выражения и изменяя только , исследуем три случая: 
.
При этом учитывают, что
, где
– проекция на .
1. 
.
Увеличение сопровождается увеличением , и при некотором значении 
, который называют максимальным выходным углом относительной скорости, получаем:
,
,
как отношение равных величин.
2. 
.
Уменьшение приводит к уменьшению и при значении , 
. В этом случае колесо создаёт напор с равной величиной составляющих:
,
следовательно 
.
3. 
.
Дальнейшее уменьшение приводит к увеличению и при некотором значении этого угла 
, который называют минимальным выходным углом относительной скорости, получаем значения:
Вывод: Уменьшение приводит к увеличению динамической составляющей напора.
Уменьшения приводит к увеличению динамической составляющей напора и скорости жидкости, которую с целью повышения статической составляющей необходимо преобразовать в давление. Уменьшение скорости снижает гидравлические потери. Кроме того, при уменьшении увеличивается диффузорность межлопастных каналов, что приводит к увеличению гидродинамических потерь. Оба указанных обстоятельства приводят к тому, что при прочих равных условиях, КПД насоса, колёса которого имеют лопасти изогнутые назад, будет выше, чем КПД насоса, у которого 
.
Поэтому следует учитывать, что во всех возможных случаях используют насосы с колёсами лопастей, загнутыми назад:
(
).
Лекция 6
“Влияние конечного числа лопастей,
гидравлических потерь на напор центробежного насоса”
Выражение для напора получено при условии что 
, а так же когда, через межлопастные каналы рабочего колеса движется идеальная невязкая жидкость. При движении вязкой жидкости и конечном числе лопастей картина движения жидкости будет иной по двум причинам:
– потому что при конечном числе лопастей траектории частиц находятся на удалении от лопастей будут иметь траектории, отличающиеся от профиля лопастей
– при конечном числе лопастей в межлопастных каналах под действием сил инерции окружного движения возникнет циркуляционное движение жидкости, противоположное направлению вращения колеса.
Возникновение этого движения можно показать на примере вращения сосуда произвольной формы (для простоты круглой), заполненного идеальной невязкой жидкостью.
Вращение сосуда сопровождается перемещением точки А, а жидкость, под действием силы инерции, сохраняет своё положение в сосуде, что можно видеть, сопоставляя положение точки А и стрелки В. В результате за 1 оборот сосуда, частицы жидкости описывают относительно стенок сосуда 1 оборот в противоположном направлении, а при непрерывном движении в сосуде возникает обратно направленное движение жидкости, получившее название – относительный вихрь. Аналогичное движение возникает в межлопастных каналах рабочих колёс центробежных насосов:
Относительный вихрь в межлопастных каналах накладывается на основной поток, что приводит к изменению скоростей жидкости. В результате скорость жидкости на тыльной стороне увеличивается, а на лобовой – уменьшается. Поэтому давление жидкости на тыльной стороне всегда ниже, чем на лобовой.
На окружности входа скорость жидкости увеличивается, а на противоположной – уменьшается, что приводит к изменению величины напора. Это можно показать с помощью треугольников скоростей:
Представляем скорости жидкости с учётом относительного вихря:
, где 
- коэффициент циркуляции, 
.
Выражение для 
получено для случая, когда через межлопастные каналы движется идеальная невязкая жидкость. При движении вязкой жидкости в каналах и в отводе насоса возникнут гидравлические сопротивления и потеря энергии на их преодоление.
Различают 3 вида потерь: трение, входа и выхода жидкости, вихреобразования.
1. Потери трения – следствие трения между слоями жидкости, между стенками насоса и жидкостью.
2. Потери входа и выхода – изменение величины и направления скорости.
3. Потери вихреобразования – следствие отрыва жидкости от лопастей в зонах пониженного давления.
Гидравлические потери снижают энергию потока и уменьшают КПД насоса. Гидравлические потери учитывают введением КПД:
, где 
– гидравлический КПД насоса;
Для центробежных насосов 
.
Величина гидравлических потерь зависит от степени гидродинамического совершенства формы межлопастных каналов рабочего колеса и формы отвода и, второе, от степени шероховатости стенок.
Гидравлический КПД насоса учитывает не только потери в межлопастных каналах, но также потери в отводящем устройстве, так как выделить и измерить эти потери в отдельности невозможно.
Лекция 7
“Движение жидкости в пространстве за колесом.
Преобразование составляющих напора центробежных насосов”
Движение жидкости в межлопастных каналах сопровождается приращением её скорости на величину до 1-го порядка. Для повышения давления жидкости её скорость необходимо понизить. Понижение ск4орости в ространстве за колесом осуществляется с помощью отводящего устройства. Для пояснения этого процесса рассмотрим движение жидкости в свободном пространстве за колесом. При этом допускают, что жидкость идеальная невязкая, и её движение за колесом струйное, осесимметричное. В пространстве за колесом, лопасти на жидкость не действуют, поэтому её частицы будут иметь только окружную скорость , радиальную 
и абсолютную 
. В частности, на окружности входа жидкости в пространство за колесом 
, на окружности произвольного радиуса 
.
– угол скорости жидкости,
– угол скорости на 
,
Для анализа изменения скорости жидкости используется выражение для моментов количества движения. Аналогично для анализа окружной составляющей движения используется закон сохранения моментов количества движения.
где, – масса жидкости.
Идеальная жидкость перемещается с 
на без потерь энергии и без изменения момента количества движения.
.
,
где 
– момент количества движения;
Для исследования изменения радиальной составляющей скорости используется закон сохранения массы.
Закон сохранения массы предполагает постоянство расхода жидкости в любом сечении потока:
Изменяется абсолютная скорость, т.е. она уменьшается прямо пропорционально удалению жидкости от оси вращения колеса. Устройство должно иметь форму, обеспечивающую удаление жидкости от оси вращения колеса.