1.4. Осьові (пропелерні) насоси.

Осьовими називаються лопасні насоси, в яких рідина рухається через робоче колесо в напрямі його осі.

Робоче колесо осьового насоса складається із втулки 1 і декількох лопаток 2, які на ній закріплені. Кожна лопатка являє собою зручнообтічне вигнуте крило. По формі робоче колесо осьового насоса похоже на гребний гвинт корабля,або на кількохлопасний пропелер (дивися малюнок 49). Тому такі насоси інколи називають пропелерними.

Обертаючись в рідині, осьове колесо надає їй поступальний і, водночас, круговий рух. Для вирівнювання кругового руху безпосередньо за робочим колесом передбачається нерухомий вирівнюючий (спрямовуючий) апарат. Втулка цього апарату слугує, також, одним із підшипників робочого валу насоса.

Малюнок 49.

Загальний вигляд робочого

колеса осьового насоса.

Один із методів розрахунку осьових насосів базується на теорії підіймальної сили крила літака, яка створена М.Є.Жуковським. В перетині робоча лопатка осьового насоса і крило літака мають схожу форму. Це контур, який випуклий зверху і вігнутий знизу (аеро-динамічний профіль). Рухаючись в рідині, лопатка здійснює на неї тиск, який є реакцією сили дії рідини на лопатку. Цілком аналогічна взаємодія повітря з рухомим крилом літака. У випадку літака це буде підіймальна сила, яка діє на крило. В робочому колесі насоса це буде сила, з якою лопатка штовхає рідину.

Для осьових насосів залишається дійсним рівняння Ейлера (головне рівняння лопасного насоса). Слід тільки зважити на те, що у осьовогонасоса u₂ = u₁ = u :

Слід відзначити, що для запобігання рециркуляції рідини всередині насоса, напір, який створює лопатка робочого колеса, повинен бути одинаковим по її висоті. Цього можна досягнути змінюючи множник (V_2u - V_1u) зворотньопропорційно множнику u. З цією метою при конструюванні робочих колес осьових насосів намагаються зменшити різницю радіусів обертання в межах висоти лопатки за рахунок збільшення радіуса втулки. Крім того, змінюють кут атаки і ширину лопатки по її висоті. При цьому ближче до втулки лопатки повинні бути ширшими і нахил їх повинен бути більшим, ніж на кінці.

Вітчизняна промисловість випускає осьові насоси двох типів: О - з жорстко закріпленими (нерухомими) лопатками і ОП - з поворотними лопатками робочого колеса. Насоси обох типів випускаються з горизонтальним і вертикальним валом. Насоси обладнуються робочими колесами однієї із семи моделей: 2, 3, 5, 6, 8, 10, 11 (номери робочих колес за випробуваннями в лабораторії). Кількість лопаток у цих колес від трьох до шести в залежномті від номера моделі. Так, наприклад, у моделі 6 - три лопатки, а у моделей 5 і 11 - чотири лопатки.

Машинобудівельні заводи СНД виробляють осьові насоси восьми модіфікацій: К - з камерним підводом рідини; МК -малогабаритний з камерним підводом; МБ- моноблочний; МБК - моноблочний з камерним підво-дом; Э - з електроприводом механізму повороту лопаток; ЭГ - з електрогідроприводом механізму повороту лопас-тей;КЭ-з камерним підводом і електроприводом розворо-ту лопаток; МЭ-малогабаритний з електроприводом роз-вороту лопаток; МКЭ-малогабаритний з камерним підво-дом і електроприводом механізму розвороту лопаток.

Малюнок 50.

Насос ОП-145Э з електроприводом розвороту лопастей.

1-підвід води; 2-робоча камера; 3-робоче колесо; 4-конус; 5-вирівню-ючийи апарат; 6-вал; 7- обтікач; 8 - труба подачі води до підшипників; 9, 11 - нижній і верхній підшипники; 10 - шток; 12 - труба відведення дренажної води; 13 - фланець вала насоса; 14 - корпус електропривода розвороту лопастей; 15 - фланець електродвигуна; 16 - кришка електродвигуна; 17 - сельсин датчик; 18 - відвідне коліно насоса.

Малюнок 51.

Вузол електроприводу розвороту лопастей.

1-вал насоса; 2-шток; 3-ущільнюючі кільця; 4, 5, 6-втулки; 7, 8-підшипники; 9-корпус механізму електроприводу; 10-червячне колесо; 11-червячний вал; 12-тяга показчика повороту лопастей; 13-ричаг; 14-ведуча шестерня; 15-електродвигун механізму розвороту лопастей; 16-шток показчика; 17-вал електродвигуна насоса.

Малюнок 52.

Втулка робочого колеса з механізмом розвороту лопастей.

1 - запобіжний клапан; 2 - обтікач; 3 - палець; 4 - хрестовина; 5 - ман-жета з кільцем; 6 - ричаг; 7 - конусний штіфт; 8 - вісь лопатки робочого колеса; 9 - втулка; 10 - лопатка робочого колеса; 11 - балансирний тягар; 12 - кільце ущільнення; 13 - втулка; 14 - вал насоса; 15 - шток; 16 - гвинт; 17 - шарикопідшипник; 18 - втулка робочого колеса;

19 - палець; 20 - тяга.

Корпус насоса складається із дифузора і відвідного коліна. Відвідне коліно у насосів головного виконання направлене під кутом 60, а у малогабаритних - під кутом 90 до осі насоса.

Опори вала (підшипники з лігнофолевими або резиновими прокладками) змащуються водою, яку подає насос, або взятою із стороннього джерела.Осьові зусилля і вага ротора насоса сприймається п’ятою електродвигуна.

Вода до робочого колеса підводиться по плавно загнутій трубі, або камерним способом. У малогабаритних насосів з камерним підводом К.К.Д. на 2 - 3 нижче.

На малюнку 50 приведено розріз насоса ОП-145Э з електроприводом механізму розвороту лопастей, а на малюнках 51 та 52 - конструкцію цього приводу.

Осьові насоси типів О і ОП випускаються з подачами 0,63 - 46 м³/с при напорах 2,5 - 28 метрів. Марка осьових насосів розшифровується так: ОП2-110Э-У3 осьовий з поворотними лопатками насос. 2 - номер моделі робочого колеса; 110 - діаметр робочого колеса в сантиметрах; Э - електропривід механізму повороту лопаток; У3 - кліматичне виконання і категорія розміщення.

Занурювальні моноблочні осьові насоси. Промисловість випускає два типи таких насосів: ОПВ і ОМПВ.

Насос ОПВ - це занурювальний моноблочний агрегат з вбудованим електродвигуном сухого типу (дивися малюнок 53)

Статор електродвигуна 2 розміщено в герметичному корпусі з боку усмоктувальної частини насоса. В камеру електродвигуна по рукаву 5 подається повітря від постійно діючого зовнішнього джерела. Тиск повітря повинен на 0.03 - 0.05 МПа (0.3 - 0.5 атм) перевищувати тиск води, в яку занурено електородвигун. В накопичувачі змонтовано датчик, який сигналізує про наявність в ньому води. Ротор 1 електродвигуна має подовжений вал, на який насаджено робоче колесо насоса 7. На

Малюнок 53.

Конструкція занурювального осьового насоса типу ОПВ.

1 - ротор електродвигуна; 2 - статор; 3 - силовий кабель; 4 - відведення води від двигуна; 5 - подача стисненого повітря в електродвигун; 6 - вузол ущільнення;7 - робоче колесо насоса; 8 - датчик протікання води; 9 - водонакопичувач.

виході валу із насоса розміщено ущільнюючий вузол 6. Електроенергія до двигуна подається по гнучкому кабелю 3. Місце проходу кабеля через корпус герметизується.

Насоси ОМПВ принципово відрізняються від насосів ОПВ тільки конструкцією електродвигуна. У цих агрегатів він водозаповненого типу. Чиста вода до нього підводиться від стороннього джерела.

Насоси типів ОПВ і ОМПВ можна монтувати без приміщень насосних станцій, наприклад, в водоймищах. Схема такої установки показана на малюнку 54:

Характеристики осьового насоса при постійній швидкості обертання і постійному куту установки лопаток мають вид як показано на малюнку 55.

Малюнок 54.

Схеми відкритої установки насосів типу ОПВ.

а) на полозках; б) на шарнірі; 1 - насос; 2 - напірний трубопровід; 3, 8 - манометри;4 - станція керування; 5 - обмежувач на полозках; 6 - захват; 7 - тяги; 9 - шарнір.

Особливості характеристик осьових насосів такі: 1) Характеристика Q-H круто падає і має точку перегину (тобто точку, де змінюється напрям випуклості кривої). Напір при нульовій подачі в півтора в два рази перевищує напір при максимальному К.К.Д.. 2) Характеристика Q-N із збільшенням подачі насоса знижується. Потужність, яку споживає насос при нульовій подачі приблизно в півтора рази більша за потужність при максимальному К.К.Д.. 3) Характеристика Q- круто падає по обидва боки від максимального значення. Тому доцільна зона роботи насоса відносно невелика. 4) Висота усмоктування здебільшого негативна. Тому осьові насоси слід установлювати під залив.

Малюнок 55.

Робочі характеристики осьового насоса.

Ураховуючи особливості осьових насосів, їх слід запускати тільки на відкриту засувку. В цьому випадку вони споживають найменшу потужність.

Подачу осьових насосів регулюють зміною частоти обертання, або зміною кута розвороту лопаток робочого колеса.