6.3. Осевые насосы

Осевые насосы могут быть как горизонтальными (рис. 6.12), так и вертикальными (рис. 6.13).

Рассмотрим конструкцию горизонтального насоса. Литой корпус (1) с двумя фланцами (2) выполнен в виде отвода. В корпусе на валу (3) консольно расположено лопастное колесо (4) с обтекателем (5), за колесом расположен неподвижный направляющий аппарат (6), состоящий из ряда лопастей и уменьшающий вращательное движение жидкости. Вал выпущен наружу через сальник (7) и соединен с валом фланцевого электродвигателя (8).

Конструкции вертикальных насосов аналогичны (рис. 6.13). На этом рисунке: 1–корпус; 2 и 3–соответственно ступица и лопасти рабочего колеса; 4–направляющий аппарат; 5–вал.

Рис. 6.12. Осевой насос

Рис. 6.13. Схема рабочего органа осевого насоса

Количество лопастей обычно не более шести. Осевые насосы могут быть жестколопастными и поворотно-лопастными, где положение лопастей может изменяться. Достоинства осевых насосов: большая подача, компактность, простота конструкции, возможность перекачивания загрязненных жидкостей. Недостаток – маленький напор.

Осевые насосы чаще всего применяются в качестве погружных. Поэтому наиболее распространен вертикальный вариант их конструкции. Регулирование подачи жестколопастных насосов производится изменением частоты вращения, поворотно-лопастных – изменением угла наклона лопастей. Регулирование дросселированием – крайне невыгодно из-за резкого падения КПД и возрастания мощности и напора при уменьшении подачи, что видно из характеристики осевого насоса (рис. 6.14).

Осевые насосы применяются на тепловых электростанциях в качестве циркуляционных, для водяного охлаждения оборудования, для подачи морской и загрязненной воды и в других целях.

Рис. 6.14. Характеристика осевого насоса

6.4. Подбор насосов

Принципы подбора насосов остаются теми же, что и для вентиляторов. Выбор осуществляется по заданным напору и подаче (производительности) по характеристикам насосов. При этом учитываются свойства перемещаемой среды, ее температура, температура окружающей среды, возможность регулирования подачи. Следует также обратить внимание на температуру, допускаемую торцевым уплотнением вала. Например, насосы АК завода «Линас» имеют допускаемую максимальную температуру перемещаемой среды 160ºС. Следовательно, они могут применяться в системах теплоснабжения, где температура воды доходит до 150ºС. Однако допустимая температура стандартного заводского уплотнения BAQE – 140ºС. И при более высоких температурах применяется нестандартный тип, что должно быть оговорено в заказе. Как и в случае подбора вентиляторов, необходимо соблюсти неравенство: КПД  ≥ 0,9_мах.

Затем необходимо убедиться, что выбранный насос обладает качествами, обеспечивающими отсутствие кавитации. Кавитационный запас системы

, (6.3)

где Р_а – абсолютное давление на свободную поверхность в резервуаре, из которого забирается жидкость; Р_t – давление насыщенных паров перекачиваемой жидкости при рабочей температуре; ρ –плотность жидкости; Σh_вс – суммарные потери напора во всасывающем трубопроводе; Н_о – геометрическая высота всасывания. Знак «+» ставится, если резервуар находится ниже насоса, «минус» ̶ если выше. Допускаемый кавитационный запас насоса h_. и мощность насоса определяются по графическим характеристикам выбранного типоразмера при максимально необходимой подаче. Мощность требуемого электродвигателя определяется по зависимости

N_э = kNρ /1000, (6.4)

где N – мощность в расчетной точке, найденная по графику паспорта насоса, k – коэффициент запаса (табл. 6.1)

Таблица 6.1.

Коэффициент запаса мощности насоса

Nэ, кВт	до 4	4–20	20–40	Более 40
К	1,3	1,25	1,2	1,15

Наконец, следует убедиться, что выбранный насос позволяет осуществлять требуемое регулирование системы тепло–водоснабжения.

Пример 6.1

Подобрать насос и проверить на кавитацию при следующих условиях: расход воды L=40 м³/ч; потери напора в сети Σ∆h_c= 46 м вод.ст.; потери напора на всасывании Σ∆h_вс= 1,5 м вод.ст.; высота подъема жидкости на всасывании 2 м вод.ст. Температура перекачиваемой воды 40°С. Р_а=100000 Па.

Требуемый напор насоса Н= Σ∆h_вс+h_вс=46+2=48 м вод.ст.

Расчетным расходам воды и напору соответствует насос АК-32-200 с фактическим диаметром колеса 219 мм, характеристика которого приведена на рис.3.10. Подбор насоса изображен на рис.6.15. Точка 1 является рабочей, точка 2 определяет мощность N=9,2 кВт, точка 3 определяет минимальный напор перед насосом ∆h=1,6 м вод.ст. Парциальное давление насыщенных водяных паров находим из таблицы 6.2. P_t=7,37 кПа=7370 Па. Плотность воды находим из таблицы 6.3, ρ=992,2 кг/м³. Коэффициент запаса мощности находим из таблицы 6.1, k=1,25.

Зависимость парциального давления насыщенных

водяных паров от температуры воды t.

Таблица 6.2

t, oC	20	25	30	35	40	45
P, кПа	2,34	3,17	4,24	5,62	7,37	9,58
t, oC	50	55	60	65	70	75
P, кПа	12,33	15,74	19,92	25,02	31,17	38,6
t, oC	80	85	90	95	100	105
P, кПа	47,36	57,81	70,11	84,51	101,32	102,8
t, oC	110	115	120	125	130	135
P, кПа	143,3	169,05	198,54	232,1	270,1	313
t, oC	140	145	150
P, кПа	361,4	415,5	476

Рис.6.15

Зависимость плотности воды от температуры

Таблица 6.3

t,oC	20	40	60	80	100	120	140	160
ρ,кг/м3	998,2	992,2	983,2	971,7	958,4	943,1	926,1	907,4

Расчетная мощность электродвигателя

кВт

Кавитационный запас системы определим по формуле (6.3). Так как резервуар находится ниже насоса, то Н_о берется со знаком +.

м вод.ст.

Кавитационный запас системы превышает минимально допустимый напор перед насосом ∆h=1,6 м вод.ст.

Пример 6.2

Определить возможность установки резервуара ниже насоса, если ∆h=3,2 м, потери напора на всасывающей линии Σ∆h_вс=1 м вод.ст., температура воды 80°С. Р_а=100000 Па. В данном случае Р_t =47360 Па, ρ=971,1 кг/м³. По формуле 6.5 находим допустимую высоту всасывания

м. (6.5)

Пример 6.3

Пусть потребовалось увеличение подачи воды, по сравнению с предыдущим примером в 1,4 раза, что технически возможно с помощью того же насоса. Однако в этом случае ∆h=5,7 м, Σ∆h_вс=1·1,4²=1,96 м вод.ст.

Допустимая высота всасывания

м.

Следовательно, в данном случае насос должен быть установлен ниже резервуара воды.

Пример 6.4

Расчетная подача насоса 40м³/ч. Принятый к установке насос имеет четырехпозиционный частотный регулятор, создающий следующие варианты подачи: 100%, 75%, 50% ,25%. Требуется проверить возможность необходимого регулирования, если минимальная подача 15 м³/ч. Частотное регулирование сможет обеспечить подачу в размере 40 м³/ч, 30 м³/ч, 20 м³/ч, 10 м³/ч. Применение одного дросселирования здесь, безусловно, нерационально. Следовательно, в данном случае оптимальным будет комбинированное регулирование.