1.2. Вихревой насос

Вихревой насос – это насос лопастного типа. Для понимания принципа действия вихревого насоса можно провести параллель между течением жидкости в нем и течением Куэтта. При движении подвижной пластины, роль которой выполняет колесо 1 насоса, в зазоре между пластинами (колесом 1 и корпусом 3) возникает направленное течение жидкости (рис. 26). Для увеличения скорости такого течения на наружной поверхности подвижной пластины (колеса) создана искусственная шероховатость (лопасти 2), приводящая к росту коэффициента гидравлического трения. Ре-

жим течения насоса в зазоре обычно турбулентный. В межлопастном пространстве возникают вихревые течения. Отсюда и название насоса.

Рабочие характеристики вихревого насоса

Характеристики вихревого насоса так же, как и центробежного, определяются экспериментально на специальном стенде; их можно найти и на основе упрощенного теоретического анализа.

Развернем в линию контур колеса (рис. 27).

При установившемся движении условие равновесия сил, действующих на жидкость, в проекции на ось х можно представить в виде

τ₁lB- τ₂lB+ p₁(∆+δ)B-p₂(∆+δ)B=0,

где В — ширина колеса

Составим уравнение Бернулли для сечении а и b:

Поскольку гидравлические потери h_w характеризуют потери энергии внутри насоса, их обычно суммируют с полным напором, а величина H_полн – h_w = Н – это полезный напор или просто напор насоса. При равенстве площадей сечений всасывающего и нагнетательного патрубков насоса имеем v_вс=v_нагн и

(37).

С учетом уравнения (36) получим

(38)

Напряжения ₁ и ₂ возникающие на поверхностях корпуса и колеса, можно представить в виде

Производительность насоса

С учетом этих зависимостей уравнение (38) можно представить в виде

(40)

Мощность, потребляемую насосом, или эффективную мощность, можно вычислить, если известен крутящий момент на валу колеса. Приближенно можно записать

где R— радиус колеса.

С учетом (39) найдем

(41)

Анализ выражения для расчета коэффициента полезного действия насоса, полученного путем подста­новки уравнений (40) и (41) в со­отношение

позволяет установить, что для повышения КПД вихревого насоса необходимо увеличить коэффициент гидравлического трения на поверхности колеса .Это достигается за счет выбора высоты и шага лопастей.

Вид рабочих характеристик вихревого насоса представлен на

рис. 28.

Вихревой насос по сравнению с центробежным в области максимальных КПД при одинаковых габаритах создает меньший напор, но способен перекачивать газожидкостные смеси.

Для регулирования его производительности применимы способы, аналогичные способам регулирования центробежного насоса: дросселирование, байпассирование, изменение частоты вращения колеса.

Рис. 28. Рабочие характеристики вихревого насоса