2.2. Динамические насосы: основные сведения, классификация

В динамических насосах силы, действующие на жидкость со стороны энергосообщителя, создают постоянный поток жидкой среды. Поэтому рабочие органы динамического насоса обычно называют его проточной частью. По принципу действия энергосообщитель динамического насоса должен быть достаточно быстроходным, что легко осуществимо при его вращательном движении.

Наиболее распространенными видами динамических насосов являются лопастные или лопаточные насосы, которые в зависимости от направления движения жидкой среды называются центробежными, диагональными или осевыми. В осевых насосах основное движение жидкости происходит вдоль оси вращения, в центробежных – от центра к периферии. В лопастных насосах жидкая среда перемещается от входа к выходу путем обтекания лопастей или лопаток. В этих насосах трение – нежелательное явление, снижающее экономичность работы машины. Лопастный насос может сообщать энергию идеальной жидкости, лишенной вязкости.

Насос, в котором жидкая среда перемещается за счет сил вязкостного трения, назовем насосом трения. В этом насосе энергия может сообщаться гипотетической жидкости с конечной величиной вязкости, но с плотностью, равной нулю: в машине будет происходить приращение давления, т.е. объемной удельной энергии.

В чистом виде силы трения проявляются только при ламинарном режиме течения жидкости. При турбулентном режиме течения жидкости проявляются и силы инерции, в результате действия которых происходит обмен количеством движения между частицами жидкости в соседних слоях. Свойство вязкости проявляется здесь только как первичный фактор, приводящий в движение или тормозящий частицы, которые находятся вблизи жестких границ потока: в случае насоса – это границы энергосообщителя.

Известны различные конструкции насосов трения, наиболее распространенными являются вихревые, дисковые, черпаковые, лабиринтные насосы.

2.3. Центробежный насос

Центробежный насос является самым распространенным видом лопастных насосов. В лопастных насосах жидкая среда перемещается благодаря силовому воздействию на нее системы лопастей, подобных крылу самолета.

Проточная часть центробежного насоса с осевым подводом и спиральным отводом изображена на рис. 2.1 и 2.2. Энергосообщитель центробежного насоса – рабочее колесо (9) – представляет собой конструкцию, состоящую из нескольких

Рис. 2.1. Схема центробежного насоса

Рис. 2.2. Устройство центробежного насоса

лопастей, расположенных центрально симметрично в плоскости, перпендикулярной оси вращения. Лопасти спроектированы (точнее – спрофилированы) таким образом, чтобы при вращении рабочего колеса возникали силы, противодействующие этому движению. Тогда лопастная машина будет работать либо в режиме гидравлического тормоза, если подводимая механическая энергия будет рассеиваться, переходя в тепло, либо в режиме насоса, если подводимая механическая энергия будет переходить в потенциальную и кинетическую энергию жидкой среды. Лопасти (или лопатки) либо ограничены цилиндрическими поверхностями с образующими перпендикулярными задней и передней стенками, либо поверхностями двоякой кривизны. Рабочее колесо называют иногда лопастным колесом, лопаточным колесом, крыльчаткой.

Задачей входного устройства является подвод жидкости к рабочему колесу с наименьшими потерями. Входные устройства могут быть различного вида: осевыми, коленообразными, полуспиральными, лопаточными и т.д.

Задачей отводящего устройства является сбор выходящей из рабочего колеса жидкости и частичное преобразование кинетической энергии в потенциальную. Кроме спирального отвода, применяют кольцевые и лопаточные отводящие устройства. Вследствие особенностей кинематики потока в спиральных и кольцевых отводах течение жидкой среды в них сопровождается существенными потерями. Поэтому для повышения эффективности центробежного насоса за спиральным отводом устанавливают диффузор, в котором происходит основное преобразование кинетической энергии потока в потенциальную.

Характеристика центробежного насоса, т.е. графическая зависимость напора, мощности и КПД от подачи при постоянных значениях частоты вращения, вязкости и плотности жидкой среды на входе в насос, представлена на рис. 2.3. Напорная характеристика H = H(Q) и мощностная характеристика N = N(Q) являются независимыми; кривая КПД η = η(Q) определяется первыми двумя.

Рис. 2.3. Характеристики центробежного насоса

Анализ устройства и принципа действия центробежного насоса показал, что эта машина будет иметь достаточную эффективность при условии быстроходного привода. Центробежные насосы применяются в водоснабжении, в энергетике, в системах топливоподачи, в различных технологических процессах. Они перекачивают различные жидкие среды: от жидкого водорода до расплавленного металла. Диапазон подач колеблется от 10 см3/c до 10 м3/c , давление – от 104Н/м2 (0,1 кг / см2 ) до 5 107 Н/м2 (500 кг / см2 ), частота вращения достигает 100000 об/мин и более.