Вихревые насосы
Вихревые насосы относятся к машинам трения и обладают хорошей способностью самовсасывания, т.е. возможностью начинать действие без предварительного заполнения всасывающей трубы подаваемой средой. Благодаря этому вихревые насосы применяются для подачи легкоиспаряющихся или насыщенных газами капельных жидкостей и в комбинации с центробежными насосами. Существуют две разновидности вихревых насосов закрытого и открытого типа.
В вихревом насосе закрытого типа (рис.44) частицы жидкости из ячеек, расположенных по периферии рабочего колеса, под влиянием центробежных сил будут переходить в канал корпуса насоса и затем, передав часть своей кинетической энергии находящейся там среде, возвратятся в другие ячейки. Совершая винтообразное вихревое перемещение, каждая частица за время ее нахождения в насосе несколько раз побывает в ячейках ротора и получит от него определенную энергию. В результате такого многоступенчатого действия вихревые насосы по сравнению с такими же (по размерам и скорости вращения) центробежными насосами развивают в 3—7 раз больший напор, но работают с более низким (в 2-3 раза) КПД.
Рис. 44. Схема работы вихревого насоса: 1 – корпус; 2 – лопасти; 3 – подшипник скольжения; 4 – концентрические каналы; 5 – разгрузочные отверстия.
В вихревых насосах открытого типа (рис.45) жидкость подводится вблизи вала насоса, проходит между лопатками рабочего колеса и отводится к выходному отверстию в корпусе из открытого (без перемычки) периферийного канала.
Рис. 45. Схема вихревого насоса:
1– рабочее колесо; 2 – лопасти рабочего колеса; 3 – межлопастные каналы;
4 – кольцевой отвод; 5 – всасывающий патрубок; 6 – нагнетательный патрубок
Принцип работы
Поступающая из всасывающего патрубка 5 жидкость (рис. 45) попадает на лопатки рабочего колеса 2, которые отбрасывают её в кольцевой отвод. Жидкость совершает по кольцевому отводу круговое движение и вновь попадает на лопатки, которые придают ей дополнительное ускорение. Вслед за вращением рабочего колеса 1 жидкость движется по кольцевому отводу 4, совершая круговые (вихревые) движения по спиралевидной траектории, пока не достигает нагнетательного патрубка 6. Каждая порция жидкости, заключённая в межлопастном канале 3, формирует вихрь, который по мере движения накапливает кинетическую энергию, получаемую от лопаток, и далее, под действием центробежной силы, выбрасывается в нагнетательный патрубок. Таким образом, вихревой насос относится к классу центробежных насосов, поскольку нагнетание осуществляется благодаря центробежной силе. Но вместе с тем данный насос обладает небольшим объёмным эффектом, вызванным тем, что порции жидкости перемещаются вслед за рабочим колесом в межлопастных каналах. Эта особенность насоса приводит к наличию эффекта самовсасывания.
Вихревые насосы конструктивно однотипны: горизонтальные, одно- или двухступенчатые. Вихревые насосы типа ВК имеют только вихревое рабочее колесо; центробежно-вихревые насосы типа ЦВ – центробежное и вихревое рабочее колесо. Вихревое колесо представляет собой диск с пазами по наружному диаметру, образующими лопатки колеса.
Опорой вала насоса служат шарикоподшипники. Смазка подшипниковых опор для насоса типа ВК жидкая; для насосов типа ЦВ – консистентная.
Насос и электродвигатель установлены на общей фундаментной плите и соединены эластичной муфтой.
Вал насоса вращается по часовой стрелке, если смотреть со стороны электродвигателя.
Условное обозначение вихревого насоса (агрегата) типа ВК: В – вихревой; К – консольный; С – самовсасывающий; О – обогреваемый; числитель дроби – подача м3/с (л/с); знаменатель – напор, м; центробежно-вихревого насоса (агрегата) типа ЦВ: ЦВ – центробежно-вихревой; числитель – подача, м3/с (л/с); знаменатель – напор, м.
Насосы типа ВК предназначены для перекачивания чистой воды, нейтральных и агрессивных жидкостей температурой до 85ºС, кинематической вязкостью до 85 м2/с, не содержащих абразивных включений.
Для перекачивания легкозастывающих жидкостей вихревые насосы ВК изготавливают с обогревом (исполнение ВКО). Эти насосы имеют крышку обогрева и диск, которые вместе с крышкой корпуса 2 и корпусом 1 образуют камеры обогрева.
Для обеспечения самовсасывания насосы типа ВК изготавливают с воздушным колпаком (исполнение ВКС).
Вихревое колесо 3 насажено на вал 4. Уплотнение вала зависит от перекачиваемой жидкости (для воды – сальниковое с мягкой набивкой 7) (рис.46). Крепление вала осуществляется в подшипниках 6.
Рис. 46. Вихревой насос типа ВК
Материал основных деталей насоса для перекачивания чистой воды: корпус 1, крышка корпуса 2 и кронштейн 5 – чугун СЧ 18, рабочее колесо 3 – сталь марки 35Л; вал 4 – сталь марки 45. Детали гидравлической части насосов типа ВК, применяемых для перекачивания слабых растворов солей, кислот и щелочей температурой до 80ºС, изготавливают из стали марки 12Х18Н9Т, а насосов для подачи морской воды и жидкостей, не содержащих загрязнения, из бронзы марки БрОФ 10-1.
Насосы типа ЦВ предназначены для перекачивания чистой воды, не содержащей абразивных примесей, температурой до 105ºС.
Насосы типа ЦВ – горизонтальные двухступенчатые с односторонним подводом жидкости (рис. 47).
Рис. 47. Центробежно-вихревой насос типа ЦВ с осевым подводом
Рабочее колесо первой ступени (рис.47) 2 – центробежное; обеспечивает бескавитационную работу вихревой ступени, благодаря чему насос обладает высотой всасывания до 7м. Вихревое колесо 5 представляет собой высоконапорную ступень насоса, где перекачиваемой жидкости сообщается напор. Колеса насажены на вал 8 со шпонкой и зафиксированы от осевого перемещения.
Корпус насоса 4 в зоне работы вихревого колеса имеет вставки 1. Всасывающий патрубок насоса смонтирован на крышке 3. Крепление вала осуществляется в подшипниках 6 и 9, установленных в кронштейне 7. Материал основных деталей: корпус 4, крышка 3, вставка 1 и центробежное колесо 2 – чугун СЧ 18, вал – сталь марки 45, вихревое колесо – сталь марки 35Л.
Рис. 48. Центробежно- вихревой насос типа ЦВ с радиальным подводом: 1 – корпус; 2 – вихревая ступень; 3 – крышка; 4 – вал; 5 – неподвижные вставки; 6 – центробежная ступень; 7 – торцевое уплотнение.
Достоинства:
более высокий напор, чем у центробежных насосов тех же габаритных размеров (до 250 м);
простота конструкции и небольшие габаритные размеры;
равномерность подачи;
высокая частота вращения рабочего колеса, позволяющая соединять вал насоса с валом электродвигателя без редуктора, понижающего частоту вращения;
благодаря самовсасыванию нет необходимости заполнять насос перед пуском.
Недостатки:
невысокий, по сравнению с центробежными насосами, КПД (20–50 %);
высокая опасность возникновения кавитации при транспортировке горячих жидкостей;
невозможность перекачивания вязких и загрязнённых жидкостей.
Области применения
Вихревые насосы применяются для транспортировки чистых маловязких жидкостей (например, сжиженного газа), а также в системах, где требуется непрерывная равномерная подача жидкости под высоким давлением, но при сравнительно небольших производительностях.
Рис. 49. Многоступенчатый центробежно-вихревой насос CEH-X в разрезе (первая ступень насоса – центробежная, последующие четыре ступени – вихревые)
Рис. 50. Внешний вид вихревого насоса ВКС