Вихревые насосы

Вихревые насосы по принципу действия относятся к классу насосов увлечения. Эти насосы разработаны в 1920 г. и с тех пор все более широко внедряются во все отрасли народного хозяйства. Вихревые насосы примечательны тем, что на небольших подачах (до 50 ш3/ч) они создают напоры, которые в 2—5 раз выше напоров, развиваемых центробежными насосами при одинаковых диаметрах колеса и частоте вращения вала.

Вихревые насосы имеют невысокий к. п. д. (не более 0,45). Однако, если для небольших подач и тех же напоров, что и у вихревых, создавать центробежные насосы, их пришлось бы строить многоступенчатыми, к. п. д. которых будет на том же уровне, что и у вихревых (не более 0,45). Вихревые насосы делятся на насосы закрытого открытого типов.

Вихревой насос открытого типа ВК (4.8) состоит из корпуса 1, рабочего колеса 2f вала 3, напорного окна 4, всасывающего отверстия 5 и бокового канала в рабочее колесо насоса ВС-65А. При вращения колеса жидкость всасывается через всасывающее окно, поступает в межлопаточное пространство, откуда под действием центробежных сил вытекает в боковой канал, образуя осевой вихрь (см. 4.9, б). В канале жидкость отстает по скорости от вращающегося колеса, вихревои поток многократно своими периферийными полями входит снова в межлопаточное пространство, приобретая дополнительную энергию от рабочего колеса. Рабочий (боковой или периферийный) канал заканчивается напорным окном. Лопатки колеса, увлекая поток жидкости, направляет его под давлением нагнетания в напорное окно. Перемычка на дуге около 30° служит уплотнением, разобщающим напорную и всасывающую полости. Рабочее колесо вихревого насоса устанавливается на валу на шпонке свободно, имея зазоры между корпусом величиной около 0,1 мм.

При кажущейся простоте рабочего процесса перекачки жидкости вихревыми насосами действительная картина этого процесса и ряд свойств гидромашин этого типа остаются еще не выясненными. Вихревые насосы успешно перекачивают жидкости, смесь жидкости и газа, а также пары нефтепродуктов и газы.

В отличие от центробежных насосов мощность, потребляемая вихревыми насосами, с увеличением подачи уменьшается. Вместе с тем кавитационные свойства этих машин ниже, чем у центробежных, и поэтому в отдельных случаях делают насосы, в которых первая ступень центробеяшая, вторая ступень вихревая. Такие центробежно-вихревые насосы находят все большее применение в народном хозяйстве. Кроме того, в центробежных насосах коэффициент напора меньше единицы (кн = 0,4 0,7), в то время как у вихревых насосов этот коэффициент значительно больше единицы (кп — 2 -f 10). Эти и ряд других специфических свойств вихревых насосов привели к необходимости проведения больших теоретических и экспериментальных исследований.

Рассмотрим некоторые исследования и теоретические работы, которые в той или иной мере связаны с действительными явлениями, протекающими в реальных конструкциях вихревых насосов.

Вихревые насосы следуют ряду закономерностей, свойственных центробежным насосам. Б. И. Находкин предложил применять для вихревых насосов формулу коэффициента быстроходности (3.29) по аналогии с центробеялными, поскольку и вихревые и центробежные насосы подчиняются закону подобия, а их параметры меняются по формулам пропорциональности (3.22), (3.23), (3.24).

Для насосов с малой быстроходностью сечение канала делают круглым (см. 4.10,.в, г), с большой быстроходностью — квадратным или трапецеидальным со скругленными углами (см. 4.10, а, б, д, е). Форма сечения лопаток показана на 4.9, в и 4.10. ж, з, и, к. Сечения прямоугольной или трапецеидальной формы наиболее рас- пространены. У тихоходных насосов открытого типа применяют иногда лопатки серпообразного сечения (см. 4.10, и), у тихоходных насосов закрытого типа — прямоугольные «углом! назад» (см. 4.10, к).

Окружная составляющая скорости жидкости в рабочем колесе больше окружной составляющей скорости жидкости в канале, что определяет образование осевых (продольных) вихрей. Жидкость в канале движется медленнее, чем в колесе. Лопатки колеса действуют на продольный вихрь, деформируют его, что связано с дополнительной передачей энергии на общий поток. Передача энергии происходит при обмене количества движения жидкости, вытекающей из рабочего колеса, с жидкостью, движущейся по каналу.

Таким образом, разработанная методика расчета характеристик центробежных насосов может быть успешно применена и для вихревых насосов. Это еще раз подтверждает, что центробежные силы в вихревых насосах связаны с вихревым эффектом в канале вихревого насоса. В. Г. Коваленко разработал схему, по которой движение жидкости в боковом канале вихревого насоса сравнивается с движением «жидкостного винта». Эта схема не противоречит опыту. Но если капал не боковой, а периферийный, то эту модель применять нельзя. Теоретическая гидромеханика дает основание считать источником вихреобра- зования каждую отдельную лопатку. От лопатки периодически отрываются вихри, которые попадают под воздействие следующей лопатки. Каждый раз лопатка сообщает дополнительную энергию потоку. Рабочее число лопаток должно соответствовать тому критическому значению, которое определяет максимальный эффект передачи энергии. Критическое значение числа лопаток 2кр и их форму, а также размеры и форму каналов можно определить только опытным путем. Вихревые насосы обычно применяются при перекачке маловязких нефтепродуктов.

Дата добавления: 2015-12-01