Лопастные насосы

Комплектующие, радиокомпоненты / Гидравлика, пневматика / Гидромоторы, гидронасосы
Administrator
1 648
2-07-2017, 00:14
0

К числу лопастных насосов, серийно выпускаемых отечественной промышленностью и нашедших наибольшее распространение при сооружении современных систем водоснабжения и канализации, относятся центробежные,осевые и вихревые насосы. Как уже отмечалось ранее, работа этих насосов основана на общем принципе — силовом взаимодействии лопастей рабочего колеса с обтекающим их потоком перекачиваемой жидкости. Однако механизм этого взаимодействия у насосов перечисленных типов различен, что, естественно, приводит к существенным различиям в их конструкциях и эксплуатационных показателях.

Ц е н т р о б е ж н ы е н а с о с ы. Основным рабочим органом центробежного насоса, один из возможных вариантов конструкции которого схематически изображен на рис. 1.2, является свободно вращающееся внутри корпуса колесо, насаженное на вал.

Рис. 1.2. Центробежный насос

1 — колесо; 2 — лопасти; 3 — вал; 4 — корпус; 5 — всасывающий патрубок; 6 — всасывающий трубопровод; 7 — напорный патрубок; 8 — напорный трубопровод

Рабочее колесо состоит из двух дисков (переднего и заднего), отстоящих на некотором расстоянии друг от друга. Между дисками, соединяя их в единую конструкцию, находятся лопасти, плавно изогнутые в сторону, противоположную направлению вращения колеса. Внутренние поверхности дисков и боковые поверхности лопастей образуют так называемые межлопастные каналы колеса, которые для нормальной работы должны быть заполнены перекачиваемой жидкостью.

При вращении колеса на каждый объем жидкости массой m, находящийся в межлопастном канале на расстоянии r от оси вала, будет действовать центробежная сила, определяемая выражением

F_ц = mw²r, (1.1)

где w — угловая скорость вращения вала.

Под действием этой силы жидкость выбрасывается из рабочего колеса, в результате чего в центре колеса создается разрежение, а в периферийной его части — повышенное давление. Для обеспечения непрерывного потока жидкости через насос необходимо обеспечить подвод перекачиваемой жидкости к рабочему колесу и отвод ее от него.

Жидкость подводят через отверстие в переднем диске рабочего колеса с помощью всасывающего патрубка и всасывающего трубопровода. Движение жидкости по всасывающему трубопроводу происходит вследствие разности давлений над свободной поверхностью жидкости в приемном бассейне (атмосферное) и в центральной области колеса (разрежение).

Для отвода жидкости корпус насоса имеет расширяющийся спиральный канал (в форме улитки), в который и поступает жидкость, выбрасываемая из рабочего колеса. Спиральный канал (отвод) переходит в короткий диффузор, образующий напорный патрубок, соединяемый обычно с напорным трубопроводом.

Анализ уравнения (1.1) показывает, что центробежная сила, а следовательно, и напор, развиваемый насосом, тем больше, чем больше частота вращения и диаметр рабочего колеса. В качестве привода центробежного насоса можно использовать любой высокооборотный двигатель. Чаще всего для этой цели применяют электродвигатели.

В зависимости от требуемых параметров, назначения и условий работы в настоящее время разработано большое число разнообразных конструкций центробежных насосов, которые можно классифицировать по нескольким признакам.

По числу рабочих колес различают одноступенчатые (см. рис. 1.2) имногоступенчатые насосы.

В многоступенчатых насосах перекачиваемая жидкость проходит последовательно через ряд рабочих колес, насаженных на общий вал. Создаваемый таким насосом напор равен сумме напоров, развиваемых каждым колесом. В зависимости от числа колес (ступеней) насосы могут бытьдвухступенчатыми, трехступенчатыми и т. д.

По величине создаваемого напора центробежные насосы разделяются нанизконапорные (напор до 20 м), средненапорные (20 — 60 м) и высоконапорные(свыше 60 м).

По способу подвода жидкости к рабочему колесу различают насосы содносторонним подводом (см. рис. 1.2) и насосы с двусторонним подводом, или так называемые центробежные насосы двустороннего входа (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Проточная часть двустороннего центробежного насоса

1 — всасывающий патрубок; 2 — рабочее колесо; 3 — проходной вал; 4 — подшипники; 5 — спиральный отвод; 6 — напорный патрубок

По способу отвода жидкости из рабочего колеса насосы разделяются наспиральные и турбинные.

В спиральных насосах перекачиваемая жидкость из рабочего колеса поступает непосредственно в спиральный канал корпуса и затем либо отводится в напорный трубопровод, либо по переточным каналам поступает к следующим колесам.

В турбинных насосах жидкость, прежде чем попасть в спиральный отвод, проходит через систему неподвижных лопаток, образующих особое устройство, называемое направляющим аппаратом.

По компоновке насосного агрегата (расположению вала) различают насосыгоризонтальные и вертикальные.

По способу соединения с двигателем центробежные насосы разделяются наприводные (со шкивом или редуктором), соединяемые непосредственно с двигателями с помощью муфты, и моноблочные, рабочее колесо которых устанавливается на удлиненном конце вала электродвигателя.

По роду перекачиваемой жидкости насосы бывают водопроводные, канализационные, теплофикационные (для горячей воды), кислотные, грунтовые и др.

Напор одноступенчатых центробежных насосов, серийно выпускаемых промышленностью, достигает 120 м, подача — 15 м³/с. Серийные многоступенчатые насосы развивают напор до 2000 м при подаче 80 — 100 л/с. Что касается КПД, то в зависимости от конструктивного исполнения он меняется в широких пределах — от 0,85 до 0,9 у крупных одноступенчатые насосов и до0,4 — 0,45 у высоконапорных многоступенчатых. Параметры центробежных насосов специального изготовления, как одноступенчатые, так и многоступенчатых, могут быть значительно выше.

О с е в ы е н а с о с ы. Рабочее колесо осевого насоса (рис. 1.4, а) состоит из втулки, на которой укреплено несколько лопастей, представляющих собой удобообтекаемое изогнутое крыло с закрученной передней, набегающей на поток кромкой.

Рис. 1.4, a. Осевой насос

а — принципиальная схема устройства: 1 — колесо; 2 — камера, 3 — выправляющий аппарат; 4 — отвод:

Если рассматривать идеальную жидкость, движущуюся без потерь, и считать, что давление на бесконечном расстоянии постоянно, то при вызываемом вращением рабочего колеса перемещении профиля лопасти в массе жидкости, согласно уравнению Бернулли, за счет изменения скорости течения давление над профилем должно повыситься, а под профилем — понизиться. Это создает силовое воздействие лопасти на поток, результирующая которого R ((рис. 1.4, б) может быть разложена на две составляющие: силу Y, нормальную к направлению набегающего потока, которую называют подъемной силой, и силуХ, направленную по потоку и называемую лобовым сопротивлением.

Рис. 1.4, б. Осевой насос

б — силы, действующие на профиль лопасти

Подъемная сила, отнесенная к единице длины лопасти, определяется формулой, которая является частным случаем общей теоремы Жуковского о подъемной силе, действующей на тело произвольной формы:

, (1.1)

где С_у — коэффициент, зависящий от формы профиля и угла атаки;

ρ — плотность среды;

l — длина хорды профиля лопасти;

w_œ — относительная скорость набегания невозмущенного потока.

Рабочее колесо насоса вращается в трубчатой камере, благодаря чему основная масса потока в пределах колеса движется в осевом направлении, что, кстати говоря, и определило название насоса.

Двигаясь поступательно, перекачиваемая жидкость одновременно несколько закручивается рабочим колесом. Для устранения вращательного движения жидкости служит выправляющий аппарат, через который она проходит перед выходом в коленчатый отвод, соединяемый с напорным трубопроводом. Жидкость подводится к рабочим колесам небольших осевых насосов с помощью конических патрубков. У крупных насосов для этой цели служат камеры и изогнутые всасывающие трубы относительно сложной формы.

Осевые насосы выпускаются двух модификаций: с жестко закрепленными на втулке лопастями рабочего колеса и с поворотными лопастями.

Изменение в определенных пределах угла установки лопастей рабочего колеса позволяет поддерживать высокое значение КПД насоса в широком диапазоне изменения его рабочих параметров.

В качестве привода осевых насосов используются, как правило, электродвигатели синхронного и асинхронного типа, непосредственно соединяемые с насосом с помощью муфты. Насосные агрегаты изготовляют с вертикальным, горизонтальным или наклонным валом.

Подача серийно выпускаемых отечественной промышленностью осевых насосов колеблется от 0,5 до 45 м³/с при напорах от 25 до 27 м. Таким образом, по сравнению с центробежными осевые насосы имеют значительно большую подачу, но меньший напор. КПД высокопроизводительных осевых насосов достигает 0,9 и выше.

В и х р е в ы е н а с о с ы. Рабочее колесо вихревого насоса (рис. 1.5) представляет собой плоский диск с короткими радиальными прямолинейными лопастями, расположенными на периферии колеса.

Рис. 1.5. Вихревой насос

1 — колесо; 2 — корпус; 3 —; 4, 5 — напорный и всасывающий патрубки; б — уплотняющий выступ

В корпусе имеется кольцевая полость, в которую и входят лопасти колеса. Внутренний уплотняющий выступ, плотно примыкая к наружным торцам и боковым поверхностям лопастей, разделяет всасывающий и напорный патрубки, соединенные с кольцевой полостью.

При вращении колеса жидкость увлекается лопастями и одновременно под воздействием центробежной силы закручивается. Таким образом, в кольцевой полости работающего насоса образуется своеобразное парное кольцевое вихревое движение, почему насос и называется вихревым. Отличительная особенность вихревого насоса заключается в том, что одна и та же частица жидкости, двигаясь по винтовой траектории, на участке от входа в кольцевую полость до выхода из нее многократно попадает в межлопастное пространство колеса, где каждый раз получает дополнительное приращение энергии, а следовательно, и напора. Благодаря этому вихревой насос в состоянии развить напор, в 2 — 4 раза больший, чем центробежный насос, при одном и том же диаметре колеса, т. е. при одной и той же окружной скорости. Это, в свою очередь, приводит к значительно меньшим габаритным размерам и весу вихревых насосов в сравнении с центробежными.

Достоинством вихревых насосов является также и то, что они обладают самовсасывающей способностью, исключающей необходимость заливки корпуса и всасывающей линии насоса перекачиваемой жидкостью перед каждым пуском.

Недостатком вихревых насосов является сравнительно невысокий КПД (0,25 —0,5) и быстрый износ их деталей при работе на жидкостях, содержащих взвешенные твердые частицы. Серийно выпускаемые вихревые насосы имеют подачу от 1 до 40 м³/ч и напор от 15 до 90 м.

Отечественной промышленностью выпускаются также комбинированные ц е н т р о б е ж н о - в и х р е в ы е н а с о с ы, у которых в одном корпусе на одном валу размещаются колесо центробежного типа и вихревое рабочее колесо. В этом случае центробежная ступень создает необходимый подпор вихревой ступени и повышает общий КПД насоса. При тех же подачах напор центробежно-вихревых насосов достигает 300 м.

К числу насосов, не освоенных еще в достаточной степени отечественной промышленностью, но нашедших широкое распространение в системах водоснабжения и канализации за рубежом, следует отнести так называемые д и а г о н а л ь н ы е н а с о с ы (рис. 1.6), у которых поток жидкости, проходящий через рабочее колесо, направлен не радиально, как у центробежных насосов, и не параллельно оси, как у осевых, а наклонно, как бы по диагонали прямоугольника, составленного из радиального и осевого направлений.

Наклонное направление потока создает основную конструктивную особенность диагональных насосов — перпендикулярное к меридиональному потоку и наклонное к оси насоса расположение лопастей рабочего колеса. Это обстоятельство позволяет использовать при создании напора совместное действие подъемной и центробежной сил.

Рабочие колеса диагональных насосов могут быть закрытого (см. рис. 1.6, а) или открытого (см. рис. 1.6, б) типа. В первом случае общая конструкция колеса приближается к центробежному, а во втором — к осевому колесу. Лопасти рабочих колес открытого типа у ряда насосов выполняются поворотными, что является их несомненным преимуществом.

Рис. 1.6. Диагональный насос

1 — всасывающий патрубок; 2 — рабочее колесо; 3 — корпус насоса; 4 — выправляющий аппарат; 5 — радиальный подшипник; 6 — отвод

Жидкость отводится от рабочего колеса диагонального насоса с помощью спирального канала, как у центробежных насосов, либо с помощью трубчатого колена, как у осевых.

По своим рабочим параметром (подача, напор) диагональные насосы также занимают промежуточное положение между центробежными и осевыми.

"Насосы и Насосные станции" В.И.Турк

Обсудить на форуме