Вихревые и центробежно-вихревые насосы

К этой группе относятся насосы, в которых поток жидкости создается за счет трения или инерции (на­пример, вихревые, вибрационные, лабиринтные и шнековые насосы). В данной главе рассмотрены те насосы трения и инерции, которые могут быть использованы в системах водоснабжения и канализации.

Принцип действия вихревых насосов можно уяснить из рис. 4.1, а. Жидкость захватывается лопатками у входа в кольцевой канал, попадает в межлопа- точную полость 2 и затем вновь выбрасывается в коль­цевой канал 3. За один оборот рабочего колеса частица жидкости несколько раз захватывается лопатками и выбрасывается в кольцевой канал. Таким образом, при прохождении межлопаточных полостей колеса на пути от входа в кольцевой канал до выхода из него жидкость многократно получает приращение энергии. В силу этого при одном и том же диаметре рабочего колеса вихревые насосы развивают напоры, в 2—4 ра­за большие, чем центробежные. Благодаря этому вихревые насосы имеют меньшие габариты и массу по сравнению с центробежными насосами таких же рабочих параметров. Важным преимуществом1 вихревых насосов является и то, что они обладают самовсасывающей способностью, благодаря чему намного упро­щается их эксплуатация.

Рабочие колеса вихревых насосов бывают открытого и закрытого типа. Закрытое колесо (см. рис. 4.1,6) представляет собой плоский диск с короткими лопатками, расположенными на периферии диска. Открытое колесо (см. рис. 4.1, в)—это ступица с длинными радиальными лопатками. В открытых ко­лесах обычно от 12 до 24 лопаток, а в закрытых — от 18 до 30.

Вихревые насосы выпускают с подачей 1—50 м3/ч при напорах 25—100 м. Высота всасывания находится в пределах 4—8 м. Напор, развиваемый вихревым насосом, можно приблизительно подсчитать по формул.

(4.1)

где Ψ— коэффициент, равный для колес закрытого типа 3,3—4,5; и — окружная скорость, равная πDn/60.

а- поперечный разрез по оси патрубков;

б- колесо закрытого типа; в- колесо открытого типа

Рис.4.1 Вихревой насос

К недостаткам вихревых насосов относятся сравнительно невысокий КПД (25—45 %) и быстрый износ рабочих колес и уплотняющих плоскостей при подаче жидкости, содержащей абразивные примеси.

Промышленность выпускает одноступенчатые вих­ревые насосы типов ВК (рис. 4.2), ВКС и ВКО. Насо­сы типа ВКС — самовсасывающие, типа ВКО — с обогревом для перекачивания загустевающих жидкостей, например мазута. На напорных патрубках насосов ВКС имеются воздушные колпаки и воздухоотделительные устройства. Характеристики Q — Н и Q — N вихревых насосов линейные. В обозначении насоса буквы означают тип насоса, первые цифры — подачу, вторые—напор. Например, обозначение насоса ВКС-2/26 означает: насос вихревой консольный самовсасывающий с номинальной подачей 2 л/с и номинальным напором 26 м.

Вихревые насосы применяются в тех случаях, ког­да требуется малая подача при относительно больших напорах. Самовсасывающие вихревые насосы типа ВКС применяют как дренажные для откачки воды из заглубленных насосных станций.

Также разработана конструкции свободно вихревых насосов (рис. 4.4).

1- Корпус; 2- всасывающий патрубок; 3- напорный патрубок; 4- рабочие колесо

Рис.4.4 Схема свободно вихревого насоса СМС (СДС)

В центробежно-вихревых насосах имеются два рабочих колеса — центробежное и вихревое. Как правило, центробежное колесо расположено перед вихревым, т. е. жидкость попадает сначала в центробежное колесо, где создается небольшое давление, которое затем повышается вихревым колесом. При таком сочетании рабочих колес достигаются большие напоры при относительно малой подаче.

Центробежно-вихревые насосы типа ЦВК (рис. 4.3) изготовляют с подачей 14—36 м3/ч и напором до 280 м. Насосы имеют осевой подвод воды.

1-крышка корпуса; 2- центробежное колесо; 3- вставка корпуса; 4- вихревое колесо; 5- корпус; 6- сальник; 7- кронштейн; 8-вал

Рис.4.3 Центробежно-вихревой насос типа ЦВК

Характеристики насосов типа ЦВК близки к линейным. В обозначении насоса первые две буквы озна­чают тип насоса, первые цифры — подачу, л/с; вторые — напор, м.

Коэффициент полезного действия центробежно- вихревых насосов несколько выше, чем у вихревых, и достигает 0,45—0,48.

Насосы типа ЦВК применяют главным образом как питательные для котлов малой мощности. Но их можно применять и для систем водоснабжения небольших объектов в случаях, когда требуется создать большой напор, например в горной местности.

Насосы ЦВК могут быть снабжены воздушными колпаками для обеспечения самовсасывания.

Вихревые и центробежно-вихревые насосы изготовляют по ГОСТ 10392—80Е.

Лабиринтные насосы

Лабиринтными назы­вают насосы во шнеком к обоймой, имеющими нарезку (каналы) противо­положного направления рисунок 1 . Основными деталями лабиринтных насосов являются шнек (ротор) к обойма корпуса; шнек расположен относительно обоймы с некоторым зазором. При вращении шнека жидкость получает многократное приращение кинетической энергии и движется по винтовым каналам обоймы от всасывающего патрубка к нагнетательному. Коэффициент полезного действия этих насосов невелик до 0,3—0,35. При малой подаче (2—4 м²/ч) они способны развивать значительные напоры (до 80—80 м).

1 – ротор;2 – статор;3 – канавки статор;4 – канавки ротор

Рисунок 1 – Схема лабиринтного насоса

Детали проточное части лабиринтных насосов изготовляют из материалов, стойких по отношению к химически активным жидкостям, поэтому они находят применение преимущественно в химической промышленности, но могут использоваться и для подачи различных реагентов в системах водоподготовки.

Струйные насосы

Струйные насосы (гидроэлеваторы или эжекторы) относятся к группе насосов-аппаратов, т. е. насосов, не имеющих движущихся частей. Они действуют по принципу передачи кинетической энергии от потока рабочей жидкости к потоку перекачиваемой жидкости, при этом передача энергии от одного потока к другому происходит непосредственно без промежуточных механизмов (рисунок 2).

Струйные насосы применяются не только для нагнетания (инжекторы), но и для отсасывания жидкостей (эжекторы). Пароструйные и водоструйные насосы применяют также для смешения и нагревания жидкостей.

1 – камера смешения; 2– сопло; 3 – патрубок для эжектируемой среды;

4 – горловина; 5 – диффузор

Рисунок 2 – Схема струйного насоса

Струйный насос состоит из четырех основных узлов: сопла, вса­сывающей камеры, камеры смешения и диффузора. Рабочая среда (пар или жидкость) под давлением подается в сопло (суживающую насадку), а оттуда в смесительную камеру.

В сопле жидкость приобретает большую скорость, кинетическая энергия ее возрастает, а потенциальная, следовательно, уменьшается. При этом давление снижается и при определенной скорости становится меньше атмосферного, т. е. во всасывающее камере возникает вакуум. Под действием вакуума вода из приемного резервуара по всасывающее трубе поступает во всасывающую камеру и далее в камеру смешения. В камере смешения происходит перемешивание потока рабочей и засасываемое жидкости, при этом рабочая жидкость отдает часть энергии жидкости, поступившее из приемного резервуара.

Пройдя камеру смешения, поток поступает в диффузор, где его скорость постепенно уменьшается, а статические напор увеличивается. Далее по напорному трубопроводу жидкость с расходом Q_o +Q₁, (см. рисунок 2) попадает в сборный резервуар.

Расчет струйных насосов при заданных Qo и Qi, Но н Н, сводится к нахождению оптимального диаметра отверстии сопла, диаметра и длины камеры смешения, а также размеров диффузора.

Существует несколько методов расчета струйных насосов, ко­торые освещены в специальной литературе.

Струйные насосы используются для подъема воды из артезианских скважин, для водоотлива и водопонижения при производстве строительных работ, для подмешивания горячей воды в системах отопления. На канализационных сооружениях их используют, например, для удаления осадка из песколовок и перемешивания или в метамтенках. Струйные насосы можно применять также для откачивания воздуха из центробежных насосов перед их пуском.

Достоинствами струйных насосов являются простота конструкции, надежность в работе, небольшие габаритные размеры и невысокая стоимость . К недостаткам можно отнести низкий КПД и необходимость подачи к соплу относительно больших расходов жидкости под высоким давлением [8].