Вихревые насосы
Вихревые насосы
Основным рабочим органом вихревого насоса является рабочее колесо (рис. 12.1а) с радиальными или наклонными лопатками, помещенное в цилиндрический корпус с малыми торцевыми зазорами. Боковые и периферийные стенки корпуса имеют концентрический канал, начинающийся у всасывающего отверстия и оканчивающийся у напорного. Канал перекрывается перемычкой, которая служит уплотнением между напорной и всасывающей полостями. Жидкость в насос поступает через всасывающее отверстие в канал, прокачивается по нему рабочим колесом и нагнетается в напорное отверстие. Особенность вихревого насоса заключается в том, что он способен всасывать и перекачивать жидкости, их эмульсии с воздухом или парами жидкости.
Ввиду сложности рабочих процессов, происходящих в вихревом насосе, до сих пор (хотя со времени его разработки прошло более 50 лет) нет установившейся для него теории. В настоящее время вихревые насосы проектируют главным образом путем пересчета по законам подобия наиболее зарекомендовавшихся образцов этих машин. Рассчитывают вихревые насосы также по методикам и схемам, предложенным Б. И. Находкиным, Н. Н. Купряшиным, О. В. Байбаковым и др.
Способность вихревого насоса к самовсасыванию, по всей вероятности, следует объяснить свойством вихрей создавать вблизи себя вакуум. Опыты показывают, что в направлении от всасывающего отверстия к напорному каналу давление жидкости в канале увеличивается по линейному закону (рис. 12.16). Рабочее колесо насоса засасывает жидкость из внутренней части канала и перемещает ее во внешнюю. В результате этого возникает продольный вихрь (рис. 12.1в). Скорость жидкости при прохождении ею рабочего колеса растет, следовательно, происходит увеличение и кинетической энергии потока. Значит, в вихревом насосе, так же как и центробежном, суммарный напор состоит из статической и динамической частей.
Жидкость из рабочего колеса выходит с большой скоростью, причем движется она по каналу против градиента давления (так как давление вдоль канала растет). Окружная составляющая абсолютной скорости жидкости в канале от выхода из рабочего колеса к входу уменьшается, а кинетическая энергия преобразовывается в потенци альную. В канале рабочего колеса происходит интенсивное перемешивание жидкости, частицы которой имеют различные скорости, образование вторичных токов и непрерывная дополнительная передача энергии потоку. Такой способ передачи энергии сопровождается большими гидравлическими потерями. Поэтому, несмотря на то, что рабочие колеса вихревого насоса при одинаковой окружной скорости с колесами центробежных насосов создают больший напор, к. п. д. его значительно меньше центробежного. Максимальное значение к. п. д. вихревого насоса достигает не более 50 %.
Наша промышленность выпускает вихревые насосы следующих марок: «В» — вихревой, для перекачки воды и других чистых жидкостей с малой вязкостью и температурой не более 90 °C; «ВО» — вихревой обогреваемый, для быстрозастывающих жидкостей; «ВС» — вихревой самовсасывающий. Насосы марки «В» выполняются на подачу от 1 до 35 м3/ч при давлении от 0,09 МПа до 0,9 МПа.
Пример расшифровки обозначения вихревого насоса ЗВ — 2,7: 3 — диаметр всасывающего и напорного патрубков (мм), уменьшенный в 25 раз; В — вихревой; 2,7 — коэффициент быстроходности, уменьшенный в 10 раз и округленный.
Конструкции вихревых насосов. Вихревой насос типа «В» (рис. 12.2) одноступенчатый, предназначен для перекачки воды и других невязких жидкостей. Подача насоса от 1 до 35 м3/ч при напоре от 9,5 до 90 м и температуре до 90 °C.
Насосы типа «ВО» — обогреваемые, предназначены для перекачки легкозастывающих жидкостей. Обогрев осуществляется паром с давлением 0,5 МПа (5 кгс/см2), который подается в крышку корпуса, имеющую обогревательный канал (насосы «ВС» имеют дополнительный узел — воздушный колпак с воздухоотводом, который обеспечивает самовсасывание).
Гидравлическая часть насоса состоит из корпуса с крышкой, внутренней крышки рабочего колеса и уплотнения. Внутри колеса проходит канал 27 (29), идущий по направлению вращения от всасывающего до напорного патрубков, расположенных в верхней части корпуса. Всасывающая полость отделена от напорной перемычкой 30, перекрывающей не менее двух лопаток рабочего колеса. Крышка 2 закрывает переднюю часть корпуса 1 и образует с корпусом рабочий канал 27 (29) и камеру рабочего колеса 4. Внутренняя крышка 3 является задней стенкой корпуса насоса, корпусом его сальника и внутренней крышкой опорной стойки. Рабочее колесо представляет собой стальной диск с фрезерованными по окружности пазами, образующими лопатки рабочего колеса.
Регулирование торцевого зазора между внутренней крышкой 3 и рабочим колесом осуществляется набором колец 9, а между колесом и крышкой 2 — паронитовой прокладкой 11.
Уплотнительное устройство состоит из трех резиновых манжет 35, пружинного манжетного кольца 36, двух стальных прокладочных
колец 34, пружины 33, запорного кольца 32, кольца жесткости 37.
Имеется и второй вариант уплотнительного устройства с набивкой, состоящей из двух нажимных колец 40, пружины 39, мягкой хлопчатобумажной набивки 41 и запорного кольца 38.
Опорой вала служат радиальные шарикоподшипники 24 и 20. Войлочные кольца 22, 17, резиновые кольца 25 предохраняют опорную стойку от пыли и утечки масла. Отверстия с пробками в опор ной стойке 18, 23, 31 служат для заливки, слива и контроля уровня масла. Отверстие 26 предназначено для опорожнения корпуса. Соединение насоса с приводом осуществляется через эластичную муфту. На рис. 12.3 представлена характеристика вихревого насоса 1.5В-13.