10.6. Осевые насосы

Осевые насосы имеют большую подачу и малый напор, поэтому они относятся к группе сверхбыстроходных. Коэффициент быстро­ходности n_s = 500-1000. Их достоинствами являются простота и компактность конструкции, а также возможность перекачивания загрязненных жидкостей.

На рисунке 5 показан лопастный насос с жестко закреплен­ными лопастями. Жидкость поступает из всасывающего трубопро­вода в проточную часть насоса, в которой находится рабочее колесо, состоящее из ступицы 7 с закрепленными на ней лопастями 8. Обтекатель 6 обеспечивает плавный подвод жидкости к лопастям. Число лопастей колеблется от З до 6. За рабочим колесом раз­мещается направляющий аппарат 4 с неподвижными лопатками. От­вод жидкости в напорный трубопровод выполнен в виде колена 3. Вал 9 вращается в двух подшипниках 2 и 5 и соединен муфтой 1 с валом электродвигателя.

В крупных осевых насосах лопасти рабочего колеса поворот­ные, угол их поворота регулируется специальным механизмом. Ра­бочее колесо осевого насоса сообщает жидкости поступательное и вращательное движения в направлен ии, противоположном вра­щению рабочего колеса. Для устранения вращательного движения жидкости и уменьшения потерь напора в проточной полости насоса служит направляющий аппарат, через который жидкость проходит перед выходом в напорный трубопровод.

Напор, создаваемый осе­вым насосом, может быть определен из основного урав­нения лопастных насосов (9).

Теоретическая подача осевого насоса (м³/с):

, (30)

где D — внешний диаметр рабочего колеса, м; d - диа­метр ступицы, м; v_z - осе­вая скорость, м/с; ; K_v - коэффи­циент скорости; .

Осевые насосы, выпускае­мые промышленностью, мо­гут использоваться для пе­рекачивания пресной и мор­ской воды. Они успешно ра­ботают в оросительных си­стемах, а также на перека­чивающих станциях каналов с принудительным подъемом воды.

Вертикальные осевые на­сосы серий ОВ и ОПВ (О - жестколопастный, ОП - по­воротно-лопастный) приме­няются на мощных теп­ловых электростанциях. Они входят главным образом в системы прямоточного и обо­ротного водоснабжения с прудом - охладителем и устанавливаются на берего­вых насосных станциях. Та­кие насосы перекачивают от 750 до 165 000 м³/ч жид­кости при напоре от 1,3 до 28 м.

10.7. Вихревые насосы

Вихревые насосы также относятся к группе лопастных. Как и центробежные насосы, они работают по принципу использования центробежных сил. Однако по конструктивному оформлению и не­которым другим признакам они существенно отличаются от центро­бежных.

Рабочим органом вихревого насоса (рис. 6) является ра­бочее колесо 1 с радиальными или наклонными лопатками, заклю­ченное в цилиндрическом корпусе с малыми торцовыми зазорами. В боковых и периферийных стенках корпуса выполнен концентри­ческий канал 2, соединенный с входным 5 и напорным 3 патруб­ками. Пространство между входной и напорной полостями разделено глухой перемычкой 4.

П роцесс работы вихревого насоса состоит в следующем. При всасывании жидкость перемещается вдоль лопаток рабочего колеса от периферии к центру, т. е. в обратном по сравнению с центро­бежным насосом направлении. Однако, попадая на лопатки и вра­щаясь вместе с ними, жидкость под действием центробежной силы получает значительную кинетическую энергию и выбрасывается этой силой в концентрический канал между рабочим колесом и корпусом, где кинетическая энергия преобразуется в энергию давления.

Под действием повышенного давления жидкость перемещается в соседнее межлопастное пространство внутрь колеса, затем опять отбрасывается центробежной силой в канал и т. д. Таким образом частицы жидкости описывают вихреобразные спиральные траек­тории. За один оборот рабочего колеса одно и то же количество жидкости многократным действием центробежной силы отбрасы­вается от центра к периферии, в результате чего последовательно наращивается запас энергии жидкости. Это приращение энергии может быть сравнимо с увеличением напора в многоступенчатом центробежном насосе. Поэтому при одинаковых размерах и равных окружных скоростях рабочих колес вихревые насосы создают напор, в 4-9 раз превышающий напор центробежных насосов.

Работа вихревых насосов характеризуется самовсасы­ваемостью, что также выгод­но отличает их от центро­бежных. Для запуска вихре­вого насоса достаточно того количества воды, которое ос­тается в насосе после преды­дущего пуска.

Недостатком вихревых насосов является относитель­но низкий КПД, не превы­шающий 45%. Это объяс­няется значительными потерями напора в процессе вихреобразования на преодоление гидравлических сопротивлений колеса и трения о стенки канала. Эти потери учитываются гидравли­ческим КПД (_г). КПД насоса снижается также в результате утечек жидкости через торцовые зазоры между рабочим колесом и корпусом насоса и через зазор между колесом и перемычкой; эти потери учитываются объемным КПД (₀).

Низкий КПД препятствует применению вихревых насосов при больших мощностях. Они развивают подачу до 12 л/с, напор на­сосов достигает 250 м, мощность - 25 кВт, коэффициент быстро­ходности n_s=10— 25. Следовательно, область применения этих на­сосов по подаче и давлению близка к области применения объемных насосов (поршневых и роторных). Особенно перспективно их исполь­зование для перекачивания смеси жидкости и газа. В частности, их применяют для подачи легколетучих жидкостей (бензин, спирт и др.), а также жидкостей, насыщенных парами кислот, щелочей и сжижен­ных газов.