Вихревые насосы

Потребность в насосах способных откачивать из всасывающего трубопровода воздух, привела к появлению вихревых насосов, которые в какой-то степени решают задачу получения лопастного самовсасывающего насоса.

На рис. 3.6 и 3.7 приведена схема вихревого насоса, рабочим органом которого является лопастное колесо 9 (рис.3.6), разделенное перегородкой 5 на правую и левую части. На периферии рабочего колеса (см. рис.3.7, где 1 – перегородка, 2 – рабочие лопатки) с обеих его сторон выфрезерованы каналы, в результате чего образуется система рабочих лопаток 6 (рис. 3.6). Такое рабочее колесо называется колесом закрытого типа в отличие от колес открытого типа, где перегородки 5 нет; оно жестко крепится на валу 8 и размещается в корпусе 2, который снабжен всасывающим 3 и напорным 1 патрубками.

Рис. 3.6. Принципиальная схема устройства вихревого насоса.

Стенки корпуса прилегают к торцовым поверхностям рабочего колеса, в результате чего образуется осевой зазор 7. Периферийная часть рабочего колеса, на которой находятся лопатки, располагается в кольцевом канале 4, образованном корпусом 2. В правой стенке корпуса насоса на радиусе, величина которого меньше r₂, выполнено впускное окно 12, переходящее затем в приемный (всасывающий) патрубок. Этим окном всасывающий патрубок соединяется с началом бокового канала 4, который заканчивается напорным патрубком 1. Начало бокового канала и напорный патрубок отделены друг от друга перемычкой 10.

При вращении рабочего колеса в сторону, указанную на рис. 3.6 стрелкой, частицы жидкости, находящиеся в межлопаточных каналах, также увлекутся во вращательное движение. Находясь под действием центробежных сил, они будут двигаться относительно стенок каналов этого колеса, т. е. движение частиц жидкости будет подобно тому, какое наблюдается в межлопаточных каналах рабочего колеса центробежного насоса.

Частицы жидкости, подошедшие через окно 12 к входным кромкам (рис. 3.6 и 3.8) лопаток рабочего колеса, затем будут двигаться относительно его стенок, что можно представить линией тока частицы жидкости А–т в абсолютном движении.

Дальнейшее движение частица жидкости совершает относительно неподвижных стенок канала 4 за счет той энергии, которую она уже приобрела в межлопаточном канале. Линия тока этого движения может быть представлена винтообразной кривой т–В–С.

Рис.3.7. Рабочее колесо вихревого насоса

Рис.3.8. Движение жидкости в проточных каналах вихревого насоса при системе лопаток, развернутых на плоскость

Пройдя этот путь, частица жидкости вторично попадает в межлопаточный канал, чему соответствует линия тока С–т и т.д. Таким образом, частица жидкости может попасть несколько раз в межлопаточные каналы и каждый раз при этом происходит приращение ее энергии подобно тому, как это имеет место в многоступенчатом центробежном насосе. Разница состоит лишь в том, что в меридиональном сечении частица жидкости совершает вихревое движение, а в направлении окружности рабочего колеса – винтообразное с траекторией ABCDEF.

Насосы рассмотренной схемы обладают способностью к сухому всасыванию, так как у них нагнетательная полость отделяется от всасывающей хорошо уплотненной перемычкой 10, а жидкость подводится к основанию рабочего колеса. Высота всасывания этих насосов может достигать (8…8,5) м вод. ст.

Кроме способности к сухому всасыванию, вихревые насосы обладают рядом преимуществ по сравнению с другими типами насосов, например центробежными. При одних и тех же диаметрах рабочего колеса и числах оборотов напор, создаваемый центробежным насосом, в (3…5) раз меньше, чем у вихревого, т. е., при прочих равных условиях, габариты и вес вихревого насоса могут быть меньше, чем центробежного. Будучи значительно проще по конструкции, чем центробежные, рассматриваемые насосы могут перекачивать жидкость любых состояний, начиная с парогазовых смесей и кончая жидкостями с повышенной вязкостью (смазочные масла, жидкие топлива). Низкое значение полного КПД ( %) является существенным недостатком вихревых насосов, самостоятельная область применения которых ограничивается коэффициентом быстроходности n_s, равным (4…50). Однако эти насосы находят широкое применение в комбинации с центробежными.