- •Глава 10. Лопастные насосы
- •10.1. Классификация лопастных насосов
- •10.2. Устройство и принцип действия центробежных насосов
- •10.3. Основное уравнение лопастных насосов
- •10.4. Подача, мощность и кпд центробежного насоса
- •10.5. Подобие центробежных насосов. Коэффициент быстроходности
- •10.6. Осевые насосы
- •10.7. Вихревые насосы
- •10.8. Пневматические подъемники жидкости. Эрлифты
10.6. Осевые насосы
Осевые насосы имеют большую подачу и малый напор, поэтому они относятся к группе сверхбыстроходных. Коэффициент быстроходности ns = 500-1000. Их достоинствами являются простота и компактность конструкции, а также возможность перекачивания загрязненных жидкостей.
На рисунке 5 показан лопастный насос с жестко закрепленными лопастями. Жидкость поступает из всасывающего трубопровода в проточную часть насоса, в которой находится рабочее колесо, состоящее из ступицы 7 с закрепленными на ней лопастями 8. Обтекатель 6 обеспечивает плавный подвод жидкости к лопастям. Число лопастей колеблется от З до 6. За рабочим колесом размещается направляющий аппарат 4 с неподвижными лопатками. Отвод жидкости в напорный трубопровод выполнен в виде колена 3. Вал 9 вращается в двух подшипниках 2 и 5 и соединен муфтой 1 с валом электродвигателя.
В крупных осевых насосах лопасти рабочего колеса поворотные, угол их поворота регулируется специальным механизмом. Рабочее колесо осевого насоса сообщает жидкости поступательное и вращательное движения в направлен ии, противоположном вращению рабочего колеса. Для устранения вращательного движения жидкости и уменьшения потерь напора в проточной полости насоса служит направляющий аппарат, через который жидкость проходит перед выходом в напорный трубопровод.
Напор, создаваемый осевым насосом, может быть определен из основного уравнения лопастных насосов (9).
Теоретическая подача осевого насоса (м3/с):
, (30)
где D — внешний диаметр рабочего колеса, м; d - диаметр ступицы, м; vz - осевая скорость, м/с; ; Kv - коэффициент скорости; .
Осевые насосы, выпускаемые промышленностью, могут использоваться для перекачивания пресной и морской воды. Они успешно работают в оросительных системах, а также на перекачивающих станциях каналов с принудительным подъемом воды.
Вертикальные осевые насосы серий ОВ и ОПВ (О - жестколопастный, ОП - поворотно-лопастный) применяются на мощных тепловых электростанциях. Они входят главным образом в системы прямоточного и оборотного водоснабжения с прудом - охладителем и устанавливаются на береговых насосных станциях. Такие насосы перекачивают от 750 до 165 000 м3/ч жидкости при напоре от 1,3 до 28 м.
10.7. Вихревые насосы
Вихревые насосы также относятся к группе лопастных. Как и центробежные насосы, они работают по принципу использования центробежных сил. Однако по конструктивному оформлению и некоторым другим признакам они существенно отличаются от центробежных.
Рабочим органом вихревого насоса (рис. 6) является рабочее колесо 1 с радиальными или наклонными лопатками, заключенное в цилиндрическом корпусе с малыми торцовыми зазорами. В боковых и периферийных стенках корпуса выполнен концентрический канал 2, соединенный с входным 5 и напорным 3 патрубками. Пространство между входной и напорной полостями разделено глухой перемычкой 4.
П роцесс работы вихревого насоса состоит в следующем. При всасывании жидкость перемещается вдоль лопаток рабочего колеса от периферии к центру, т. е. в обратном по сравнению с центробежным насосом направлении. Однако, попадая на лопатки и вращаясь вместе с ними, жидкость под действием центробежной силы получает значительную кинетическую энергию и выбрасывается этой силой в концентрический канал между рабочим колесом и корпусом, где кинетическая энергия преобразуется в энергию давления.
Под действием повышенного давления жидкость перемещается в соседнее межлопастное пространство внутрь колеса, затем опять отбрасывается центробежной силой в канал и т. д. Таким образом частицы жидкости описывают вихреобразные спиральные траектории. За один оборот рабочего колеса одно и то же количество жидкости многократным действием центробежной силы отбрасывается от центра к периферии, в результате чего последовательно наращивается запас энергии жидкости. Это приращение энергии может быть сравнимо с увеличением напора в многоступенчатом центробежном насосе. Поэтому при одинаковых размерах и равных окружных скоростях рабочих колес вихревые насосы создают напор, в 4-9 раз превышающий напор центробежных насосов.
Работа вихревых насосов характеризуется самовсасываемостью, что также выгодно отличает их от центробежных. Для запуска вихревого насоса достаточно того количества воды, которое остается в насосе после предыдущего пуска.
Недостатком вихревых насосов является относительно низкий КПД, не превышающий 45%. Это объясняется значительными потерями напора в процессе вихреобразования на преодоление гидравлических сопротивлений колеса и трения о стенки канала. Эти потери учитываются гидравлическим КПД (г). КПД насоса снижается также в результате утечек жидкости через торцовые зазоры между рабочим колесом и корпусом насоса и через зазор между колесом и перемычкой; эти потери учитываются объемным КПД (0).
Низкий КПД препятствует применению вихревых насосов при больших мощностях. Они развивают подачу до 12 л/с, напор насосов достигает 250 м, мощность - 25 кВт, коэффициент быстроходности ns=10— 25. Следовательно, область применения этих насосов по подаче и давлению близка к области применения объемных насосов (поршневых и роторных). Особенно перспективно их использование для перекачивания смеси жидкости и газа. В частности, их применяют для подачи легколетучих жидкостей (бензин, спирт и др.), а также жидкостей, насыщенных парами кислот, щелочей и сжиженных газов.