4 Осевые насосы

4.1 Устройство и принцип действия

Осевой насос представляет собой лопастной насос, у которого рабочее колесо 1 имеет ряд лопастей, закручивающих поток, движущейся параллельно оси (рисунок 4.1).

Рисунок 4.1

Для выпрямления потока и направления его в напорный патрубок или на следующую ступень после рабочего колеса устанавливается направляющий аппарат 2, снабженный неподвижными лопатками. Направляющий аппарат служит для преобразования кинетической энергии вращения потока в потенциальную энергию давления.

Во втулке направляющего аппарата проходит вал насоса, на котором насажено рабочее колесо, и устанавливается подшипник.

Вся проточная часть насоса располагается в цилиндрическом корпусе 3, который по существу является продолжением трубопровода. Насос как бы настраивается в трубопровод, образуя с ним одно целое. Для вывода вала напорной части насоса придается форма отвода.

В осевом насосе поток жидкости движется параллельно оси и одновременно лопасти сообщают ему вращательное движение по окружности, на валу насоса. Так как движение жидкости в радиальном направлении отсутствует, то исключается возможность работы центробежных сил. Повышение давления происходит за счет гидродинамического воздействия лопаток на жидкость и преобразования кинетической энергии при раскручивании потока в направляющем аппарате.

Таким образом, принцип действия осевого насоса заключается в силовом взаимодействии лопастей с потоком жидкости и использовании диффузорного элемента.

4.2 Основные показатели работы осевого насоса

Идеальная подача осевого насоса равна

где С_Z - осевая составляющая абсолютной скорости.

Действительная подача .

Объемный коэффициент η₀ учитывает утечки через зазоры между рабочим колесом и корпусом составляет 0.9: 0.95.

Теоретический напор определяется по формуле Эйлера при условии, что окружная скорость на входе и выходе из колеса осевого насоса одинаковая (U_l = U₂ =U=πDn).

.

При этом в соответствии с 3.5 статический напор осевого насоса при U=const равен

т.е. .

Таким образом, нарастание пьезометрического напора в осевом насосе происходит за счет диффузорности каналов, обеспечивающих торможение потока.

Для сохранения высоких КПД диффузор должен иметь строго определенный угол раскрытия, при котором не происходит отрыва потока от стенок.

Полезный напор определяется, если учесть гидравлические потери в проточной части насоса, следующим образом:

.

Для составления баланса мощности осевого насоса рассмотрим составляющие части баланса. Полезная мощность Nn представляет собой полную энергию потока в единицу времени и составит

.

Подводимая мощность учитывает наличие потерь мощности, связанных с утечками (ΔN_У), гидравлическими потерями (ΔN_Г) и механическим трением в сальниках, опорах и дисков рабочих колес о жидкость (ΔN_МЕХ).

Следовательно, баланс мощности имеет следующий вид:

.

Все потери в осевом насосе можно учесть с помощью полного КПД

Полный КПД представляет собой произведение

,

где - механический КПД, учитывающий трение в сальниках, подшипниках, дисковое трение;

- КПД подачи;

- гидравлический КПД.

Общий КПД осевых насосов составляет η= 0,75:0,92.