Лопастные насосы.

Основными элементами конструкции лопастных насосов являются вход или всасывающий(подающий) трубопровод, который иногда устанавливают направляющий аппарат из неподвижных лопаток, обеспечивающих оптимальный угол входа потока в рабочее колесо. Второе рабочее колесо, имеющее профилированные лопатки – это единственная вращающаяся часть в насосе, иногда ее называют ротором. Выход(или отвод) из насоса, который конструктивно часто оформляется за одно с корпусом насоса и называется статором. Выход обычно имеет форму диффузора. Для того что бы погасить высокую скорость жидкости, выходящей из рабочего колеса, и соответственно повысить давление. Насосы обязательно снабжаются подшипниками, уплотнениями, а так же разгрузочными устройствами. Так как обычные насосы с односторонним входом имеют большие осевые усилия. Основным рабочим органом насоса является рабочее колесо, снабженное профилированными лопатками. Лопатки обычно делают закрытыми с одной боковой стороны или с двух сторон, последняя конструкция предпочтительнее, так как она снижает осевое усилие на вал насоса. Конструктивно осевое усилие может восприниматься подшипником, которые могут быть как качения так и скольжения, если усилие очень большое – в насосе устраивается гидравлическая пята, то есть область высокого давления, со стороны, противоположной входу, что снижает механические потери на трение.

Тип лопастного насоса определяется безразмерным сочетанием его основных параметров, которые определяют и конструкцию насоса, и величину основных параметров.

Так все насосы по направлению движения в рабочем колесе жидкости относительно оси вращения делятся на три типа:

1. Центробежные, у которых жидкость на выходе из колеса движется перпендикулярно оси вращения;

2. Осевые, у которых поток жидкости движется параллельно;

3. Диагональные, у которых выход происходит под углом, близким к 45°.

Как правило, у центробежных насосов самые высокие выходные давления, а у осевых – самые большие подачи. Тип насоса определяется коэффициентом его быстроходности, который является безразмерной числовой величиной, полученной по законам подобия, по характерному линейному размеру насоса. Обычно характерным размером избирают диаметр насоса.

, где n – число оборотов колеса, n_s- коэффициент быстроходности; D₁ – максимальный диаметр на выходе, а D₀- диаметр входа.

Если n_s меняется в диапазоне от 0 до 80, а D₂/D₀ = 2,5, то это центробежное тихоходное колесо (насос).

Если n_s меняется в диапазоне от 80 до 150, а D₂/D₀ = 2 , то это нормальный насос.

Если n_s меняется в диапазоне от 150 до 300, а D₂/D₀ = 1,8…1,4, то это быстроходный центробежный насос.

Если n_s меняется в диапазоне от 300 до 600, а D₂/D₀ = 1,2…1,1, то это диагональный насос.

Если n_s более 600, а D₂/D₀ = 1, то это осевой насос.

Если осевые усилия очень велики, что особенно часто бывает на центробежных насосах, делают рабочее колесо с двусторонним входом. Если требуются высокие давления при небольших диаметрах рабочих колес, делают многоступенчатые насосы, то есть на одном валу насажено несколько рабочих колес, и жидкость с выхода предыдущего колеса подается на вход последующего.

Лекция 3.

Центробежные насосы.

ЦН (центробежные насосы) классифицируются по ряду признаков:

1. По напору:

   1. Низконапорные (до 20)

   2. Средненапорные (20-60)

   3. Высоконапорные (более 60)

2. По числу рабочих колес:

   1. Одноколесные

   2. Многоколесные (высоконапорные)

3. По виду перекачиваемой жидкости:

   1. Водяные

   2. Канализационные (фекальные)

   3. Грязевые

   4. Песковые

   5. Другие

Вид перекачиваемой жидкости влияет на конструкцию насоса. Например канализационные насосы во избежание износа.

4. По расположению вала

   1. Горизонтальные

   2. вертикальные

5. По назначению:

   1. Общего назначения

   2. Специальные (шахтные, скважные).

Высота всасывания

Центробежные насосы могут работать в двух режимах:

1. С подпором (на входе избыточное давление)

2. С вакуумом на входе

При запуске все насосы должны быть залитыми жидкостью. Поэтому насосы обычно снабжаются заливной горловиной, а приемный фильтр на всасывающем трубопроводе снабжают обратным клапаном. У насосов с всасыванием кроме общих для всех характеристик имеется очень важная характеристика, которая называется высотой всасывания. Высота всасывания определяется геометрической высотой насоса, и во-вторых, – потерями. (вс.м. – всасывающая магистраль, н.м. – напорная магистраль).

Высота всасывания должна быть меньше допустимой величины, для того что бы насос был работоспособным. В основном допустимый вакуум лимитируется кавитацией, которая может возникнуть на входе в насос при его работе.

Кавитацией называется наращение сплошности потока жидкости, вызванное появлением в потоке пузырьков, заполненных паром или газом.

Газ в жидкости (чаще всего воздух) существует всегда в растворенном виде, при чем растворимость газов в жидкости зависит от температуры т давления. С падением давления растворимость газа уменьшается, и воздух выделяется в виде пузырьков. Однако количество воздуха, растворенного в жидкости не велико, поэтому кавитация в центробежных насосах чаще всего бывает паровая. Пары воды появляются в жидкости, когда местное давление в какой либо точке становится ниже давления насыщенных паров при данной температуре. Например давление насыщенных паров воды при 20 градусах Цельсия составляет 2,34кПа.

Попадая в области с более высоким давлением пузырьки мгновенно конденсируются, при этом жидкость, окружающая пузырьки пара, устремляется в пространство, ранее занимаемое паром. Происходит столкновение частиц жидкости, что вызывает повышение давления до сотен и тысяч атмосфер. Если конденсация происходит у стенок каналов насосов, то материал стенок быстро разрушается. Пир чем в первую очередь разрушаются те места, в которых есть микроскопические трещины. На чугунных стенках, прежде всего, выбиваются графитовые включения, а затем жидкость действует как клин еще более интенсивно разрушается материал стенок, образуя на их поверхности раковины. Кроме того материал стенок подвергаются разрушения от химического воздействия кислорода, растворенного в воде. Внешним проявлением кавитации является наличие шума, вибрации, падение напора, подачи и мощности насоса.

На практике вместо допустимого вакуума в качестве кавитационной характеристике насоса, используют его кавитационный запас (1), где:

P - Абсолютное давление на входе в насос

V – Скоростной напор

Начальное состояние кавитации определяется критическим кавитационным состоянием, он может быть определен теоретически по формуле Руднева (2).

Допускаемый кавитационный запас определяется по формуле (3), и равен 1,05…1,3.

На практике критический кавитационный запас определяют по характеристике насосо когда его напор уменьшает на 2%.