Тема 5. Нагнетатели динамического типа
5.1. Осевые насосы.
5.2 Динамические насосы других типов
5.2.1. Струйные насосы трения.
5.2.2. Вихревые насосы
5.1. Осевые насосы и вентиляторы.
Осевые насосы могут быть жестколопастными, в которых положение лопастей рабочего колеса относительно ступицы постоянно, и поворотно-лопастными у которых положение лопастей рабочего колеса может регулироваться.
Рисунок 5.1− Схема осевого насоса
1− рабочее колесо; 2− корпус насоса; 3−направляющий аппарат; 4−ступица рабочего колеса;
5− направляющий аппарат; 6−облицовка вала; 7− вал привода; 8−подшипниковый узел.
При похождении через рабочее колесо жидкость одновременно участвует в поступательном, вдоль оси корпуса насоса, и вращательном движении вокруг оси насоса.
Для устранения закрутки потока с целью уменьшения потерь напора в проточной части насоса жидкость после рабочего колеса поступает в неподвижный направляющий аппарат. Из проточной части жидкость поступает в напорный трубопровод.
Осевые насосы обладают высокой подачей и малым напором. Их достоинством является простора и компактность конструкции, а также возможность перекачивания загрязнённых жидкостей.
Для ориентировочных расчетов напор развиваемый насосом может быть определён из уравнения:
(5.1)
где
коэффициент
напора;
коэффициент
быстроходности насоса;
напор,
развиваемый нососом в режиме максимального
КПД.u─окружная
скорость концов лопастей.
Идеальная подача насоса определяется по уравнению:
(5.2)
где
- осевая скорость жидкости в насосе
(5.3)
здесь
коэффициент скорости
На рисунке 5.2 приведены технические характеристики осевого насоса в зависимости от его подачи здесь же показана рабочая область насоса.
Рисунок 5.2 – Графическая характеристика осевого насоса.
При диаметре рабочего колеса от 295 мм до 1850 мм осевые насосы имеют рабочие параметры в следующих диапазонах:
Частота
вращения, об/мин 960
2100
Подача,
4450
54700
Напор, м вод.Ст. 1,9 20,9
Мощность, кВт 44 3000
К.П.Д, % 81 86
5.2 Динамические насосы других типов
5.2.1 Струйные насосы трения
Струйные насосы имеют простую конструкцию, у них отсутствует подвижные части поэтому они обладают высокой эксплуатационной надёжностью и способны работать с загрязнёнными средами. Схема струйного насоса приведена на рисунке 5.3.
Рабочая жидкость (рабочая среда) по патрубку 1 подаётся к соплу Лаваля где скорость её движения увеличивается, а давление падает. В камере всасывания создаётся вакуум благодаря чему происходит всасывание перекачиваемой жидкости (перемещаемой среды) по патрубку 2 в камеру всасывания.
а б
Рисунок 5.3 − Схема струйного насоса (а) и его графические характеристики (б).
Далее оба потока поступают в камеру смешения, где за счёт поперечных пульсаций скорости (развитое турбулентное течение) потоки смешиваются друг с другом. В конечном сечении камеры смешения, на расстоянии в (4-6)Dполучается достаточно однородная смесь.
В камере сжатия происходит снижение скорости движения смеси, скоростной напор падает но растёт пьезометрический напор т.е. давление смеси на выходе из насоса т.е. в патрубке 3 увеличивается.
Режим работы струйного насоса характеризуется четырьмя основными параметрами:
Объёмным расходом рабочей жидкости Qp;
Объёмным расходом перекачиваемой жидкости Qп;
Рабочим напором затрачиваемым в насосе Hp;
Полезным напором развиваемым насосом Hп.
Рабочий напор определяется как разность напоров рабочей жидкости и смеси на выходе из насоса
(5.4)
(5.5)
При
этом
,
уравнение (5.5)примет вид:
(5.6)
Полезный напор определяется как разность напора суммарного потока на выходе из насоса и напора перекачиваемой жидкости
(5.7)
Уравнение баланса мощностей для потоков имеет вид
Уравнение мат. баланса
Решая совместно последующие уравнения получаем
Откуда КПД насоса
5.2.2. Вихревые насосы
Динамический насос трения, в котором жидкость перемещается по периферии рабочего колеса в тангенциальном направлении, называется вихревым. На рисунке 5.4 схематически приведен поперечный разрез вихревого насоса. Основными деталями его являются рабочее колесо 1 с радиальными (реже наклонными) лопатками 7, насаженное на общий вал с электродвигателем. Корпус 2 с концентричным каналом 3 содержит всасывающий 6 и напорный 4 патрубки, которые разделены перемычкой 5. Рабочее колесо помещено в корпус с минимальными зазорами на торцах и в месте расположения перемычки 5.
Рабочий процесс вихревого насоса состоит в следующем. Лопатки рабочего колеса захватывают жидкость из бокового пространства и отбрасывают ее с периферии колеса. Вследствие этого во вращающемся колесе с двусторонним расположением ячеек и в окружающем колесо канале образуется пара продольных вихрей, как показано на рисунке 5.4 стрелками. Это приводит к непрерывному обмену частицами жидкости между ячейками и каналом, в процессе которого и происходит передача энергии от колеса к жидкости.
Вихревые насосы обладают следующими неоспоримым достоинством по сравнению с центробежным - способностью создавать напор в 3—9 раз больший, чем напор центробежного насоса при тех же размерах и частоте вращения (до 260 м). Вихревые насосы находят применение, когда требуется большой напор при малой подаче. Особенно перспективно их применение при перекачивании газожидкостных систем.
Рисунок 5.4 - Схема вихревого насоса.
1−рабочее колесо; 2− корпус насоса; 3 − кольцевой канал; 4 − нагнетательный патрубок; 5 − перемычка; 6 − всасывающий патрубок; 7 − прямые лопатки.
Чем меньше подача вихревого насоса, тем больше разница окружных скоростей жидкости в колесе и канале, тем больше центробежные силы, вызывающие продольные вихри, и тем больше создаваемый насосом напор. С увеличением подачи снижается разность окружных скоростей жидкости в колесе и канале, уменьшаются соответственно центробежные силы и падает напор. Если скорость движения жидкости в канале будет равна окружной скорости рабочего колеса, то вихревое движение прекратится, и напор станет равным нулю.