Устройство и области применения насосов
Устройство и области применения насосов
Как уже было отмечено ранее, осевые насосы, также как и центробежные, относятся к классу лопастных машин, но с повышенным коэффициентом быстроходности (1% >• 600). Они предназначены для работы при малых напорах и больших подачах. С увеличением коэффициента быстроходности ns изменяется форма меридианной проекции рабочего колеса, уменьшается отношение D2/D0, колесо центробежное с ростом ns постепенно преобразуется в диагональное (полу-осевое) и далее в осевое.
Осевые насосы используются в качестве циркуляционных на тепловых и атомных электрических станциях, на шлюзовых насосных станциях магистральных каналов, на береговых насосных станциях городского и промышленного водоснабжения, на станциях оросительных систем.
На рис. 3.1 представлен разрез общего вида осевого насоса. Особенность рабочего колеса, в отличие от колеса центробежного насоса, заключается в том, что лопасти его размещены между цилиндрической втулкой и цилиндрической внешней стенкой корпуса. На рис. 3.2 изображено рабочее колесо осевого насоса типа «0». Число лопастей у осевых насосов z = 2—6.
В непосредственной близости за рабочим колесом в корпусе размещен выправляющий аппарат. Он представляет серию неподвижно закрепленных лопастей, образующих диффузорные каналы, служащие для преобразования кинетической энергии жидкости в давление и придания потоку осевого направления. Таким образом, лопастная система насоса получается как бы встроенной в цилиндрическую трубу, что позволяет заметно упростить конструкцию насоса.
Отвод выполнен в виде коленообразной трубы, обеспечивающей вывод вала наружу. Вал насоса покоится в двух опорных подшипниках: верхнем и нижнем. Последний обычно изготовляется вместе с выправляющим аппаратом. В месте выхода вала из корпуса имеется уплотнительное устройство — сальник. В насосах марки «ОП» поворотное устройство лопастей рабочего колеса размещено в его втулке.
Отечественная промышленность изгозовдяет осевые насосы с подачей от 0,072 м3/с до 40,5 м3/с и напором от 2,5 до 26 м. Насосы предназначены для подачи воды или других жидкостей, сходных с водой по вязкости и химической активности, содержащих взвешенных частиц не более 3 г/л, из них абразивных частиц не более 2 %,
и имеющих температуру не более 308 К (35 °C). Они изготовляются двух типов, имеющих следующие буквенные обозначения: «О» — с жестко закрепленными лопастями рабочего колеса диаметром до 800 мм; «ОП» — с поворотными лопастями рабочего колеса диаметром больше 800 мм. Данные насосы могут быть «Г» — с горизонтальным расположением вала или «В» — с вертикальным. Их рабочие колеса в зависимости от формы профиля лопастей имеют 7 моделей: 2, 3, 5, 6, 8, 10 и 11.
По типу подводов такие насосы различаются на «К» — с камерным подводом; «МК» — малогабаритный с камерным подводом; «МБК» — моноблочный с камерным подводом; «Э» — с электроприводом разворота лопастей; «ЭГ» — с электрогидроприводом разворота лопастей; «КЭ» — с камерным подводом и с электроприводом разворота лопастей; «МЭ» — малогабаритный с электроприводом разворота лопастей; «МКЭ» — малогабаритный с камерным подводом и с электроприводом разворота лопастей.
Примером условного обозначения насоса типа «О», горизонталь кого исполнения «Г», модель 6, с диаметром рабочего колеса 150 мм может служить насос ОГ6-15 (ГОСТ 9366-71). Того же типа «О», вертикального исполнения «В», модели 5, с диаметром рабочего колеса 470 мм, модификации «К» — насос ОВ5-47К (ГОСТ 9366-71).
Типа «ОП», вертикального исполнения «В», модели 11, с диаметром рабочего колеса 2 600 мм, модификации ЭГ — насос ОПВ11-260 ЭГ (ГОСТ 9366-71).
Частота вращения выпускаемых насосов в зависимости от размеров рабочего колеса лежит в пределах п = 250 (25,7) — 2 900 (304) об/мин (об/с). Так, насос ОВПЮ-260 имеет п — 250 (25,7) об/мин (об/с), а насос ОГ6-150 имеет частоту вращения п = 2 900 (304) об/мин (об/с). Допустимый кавитационный запас насосов Д/1ДОп = 5—18 м. Их оптимальные к. п. д.— не менее 78—86 %.
Области использования того или иного типа осевого насоса иллюстрируются для горизонтальных насосов на рис. 3.3, вертикальных— на рис. 3.4. Технико-экономические показатели осевых насосов приведены в приложении XIII.
При проектировании осевых насосов, исследовании их рабочего процесса с целью упрощения делается целый ряд допущений. Полагают, что потоки в подводе и отводе независимы. В проточной части перед колесом и за ним поток осесимметричен. Считают, что поверхности тока близки к цилиндрическим, а это значит, что радиальных перемещений жидкости в насосе нет, т. е. радиальная составляющая сг = 0. Значит нет и перемешивания между соседними цилиндрическими слоями. Исходя из условия, что абсолютный поток потенциальный, можно доказать, что Са = Сч,а = са = cosnt, т. е. осевая составляющая абсолютной скорости будет постоянна по всему сечению потока от втулки к периферии. Гипотеза о цилиндричности течения в области рабочего колеса, т. е. когда сг = 0 (поток не закручен), приводит к тому, что напор и циркуляция скорости вдоль радиуса за колесом будут постоянными:
При принятых допущениях основная масса потока движется параллельно оси рабочего колеса и соблюдается условие мх = «2 — и «=» по, т. е. окружная скорость на входе равна окружной скорости
на выходе. Входной и выходной треугольники скоростей показаны на рис. 3.5, а уравнение Эйлера запишется: или
Из уравнения (3.1) можно отметить, что напор, создаваемый осевым насосом, получается в основном за счет диффузорного эффекта, поэтому его величина при прочих равных условиях (D, п) будет меньше напора, создаваемого центробежным насосом. Чем больше разница между 0! и 02> т— е— чем больше искривлена поверхность лопасти, тем больше будет напор.